理论力学论文 自锁

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1、理论力学小论文2013理论力学小论文自锁机械设计及其自动化12级机制2班梁杰明张伟摘要：在力学中，自锁现象是一种特有现象，当自锁条件满足时，外力越大，物体保持静止的能力越强，这种现象在生产和生活中广泛存在，并根据自锁原理人们开发了大量的工具器械，广泛应用于工农业生产中，在日常生活中利用这一原理的现象也随处可见。关键字：摩擦角、摩擦因数、自锁条件、自锁应用一、摩擦角自锁的原理与摩擦紧密相连，在了解自锁的原理前，知道了摩擦角可以更好的理解自锁当物体处于滑动的临界状态时，静摩擦力FS达到最大值Fmax,此时Fr与Fn的夹角也最大，此时的φm称为摩擦角。由图可见：

2、tanφm=Fmax/Fn=fFn/Fn=f即：摩擦角的正切等于静摩擦因数。图1可见,根据摩擦角可以来确定静摩擦因数。当运动趋势方向（即主动力的方向）改变时，Fmax及支撑面的全反力Fr的方向也将改变。当全反力Fr的作用线在空间连续改变时，将描出一空间锥面，称为摩擦锥。如图所示。常见的摩擦角有坡面滑行物体的摩擦角：在斜面上端A处有一个物体自静止起滑下，滑至水平面C点停止，若物体与斜面、平面间的摩擦因数均为μ，A与C之间水平距离为S，物体开始下滑的高度AD＝h，滑动摩擦因数μ=h/S。设斜面AB与水平面夹角为α，根据功能关系，物体克服摩擦力所做的功等于物体机

3、械能的减少。即mgh=F1•AB+F2•BC5理论力学小论文　　F1、F2为摩擦力，分别等于μmgcosα和μmg，代入后可得　　mgh=μmgcosα•AB+μmg•BC　　∵ABcosα＝DB，上式可以写作　　h＝μ(DB+BC)　　式中DB+BC＝S，　　∴μ=h/S。有μ＝tanθ二、自锁我们都知道，由于静摩擦力不可能超过最大值，因此全约束力的作用线也不可能超出摩擦角以外，即全约束反力必在摩擦角之内。由此可知：（1）如果作用于物块的全部主动力的合力的作用线在摩擦角之内，则无论这个力怎样大，物块必保持静止。称这种现象为自锁现象。因为在这种情况下，主动

4、力的合力与法线间的夹角，因此，主动力的合力的作用线必在摩擦角之内，而全约束力的作用线也在此摩擦角之内，主动力的合力和全约束力必能满足二力平衡条件，如图所示，所以物块必静止。工程实际中常应用自锁原理设计一些机构或夹具，如千斤顶、压榨机、圆锥销等，使它们始终保持在平衡状态下工作。图2（2）如果全部主动力的合力的作用线在摩擦角之外，则无论这个力怎样小，物块一定会滑动。因为在这种情况下，全部主动力的合力的作用线已在摩擦角之外，全约束力的作用线不可能出现在摩擦角之外，不能满足二力平衡条件，如图所示，所以物块不会静止。应用这个道理，可以设法避免发生自锁现象。有上述分析

5、可知自锁只与摩擦角有关，为什么呢？因为当φ<φf时，随着主动力的不断增大，支撑面的反向法力和阻止物体滑动的摩擦力也会相应的增大，所以物体仍静止不动。5理论力学小论文生活中常见的子所现现几种简单的自锁现象有：水平面上的自锁现象、竖直面和斜面内的自锁现象。ＦＦxＦyfＦNＦ′αθ图3如图3重力为G的物体，放置在粗糙的水平面上，当用适当大小的水平外力（如F1）推它时，总可以使它动起来。但当用竖直向下的力去推（如F2），显然它不会动。即使F2的方向旋转一个小角度（如F3），就算用再大的力它也不一定会运动。只有当力的方向与竖直方向的夹角超过某一角度值时（如F4），才

6、可能用适当的力将它推动，而小于这一角度，无论用多大的力都不可能推动它。这是因为所施力的水平分力在增大的同时，正向下的压力也同比例的增大。前者引起物体有运动趋势，后者提供最大静摩擦的条件保障。如图4紧靠在竖直墙壁上的物体，在适当大的外力作用下，可以保持静止。当外力大到重力可以忽略，无论用斜向上的力，还是用斜向下的力，发生自锁的条件与水平面的情况是相同的。如改用与竖直墙壁的夹角来表示，临界角α0可表达为F1ααF2图4α0＝arctan与水平面不同的，只是保证物体静止的最小力条件有所不同。当用斜向上的力维持物体平衡时，不一定满足自锁条件，而若用斜向下的力使物体

7、平衡，一定首先满足自锁条件才可能发生。而生产、生活中更多是发生在竖直方向的自锁现象。一、自锁现象的应用（1）静摩擦因数的测定如图所示。把要测定的两种材料分别做成斜面和物块，把物块放在斜面上，并逐渐从零起增大斜面的倾角θ，直到物块刚开始下滑时为止。记下斜面倾角θ，这时的θ角就是要测定的摩擦角,其正切就是要测定的摩擦因数。理由如下：由于物块仅受重力和全约束力作用而平衡，所以重力与全约束力应等值、反向、共线，因此必沿铅直线，重力与斜面法线的夹角等于斜面倾角θ。而当物块处于临界状态时，全约束力与法线间的夹角等于摩擦角，也即θ=φ。所以摩擦因数为：μ=tanθ5理论

8、力学小论文(2)尼龙自锁螺母尼龙自锁螺母是一种新型高抗振防松紧固零