科技信息○机械与电子○SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 2010年第1期
机械自锁的分析与研究
（长江大学
邓星湖北荆州
434023）
【摘要】机械效率是判断机械性能好坏的一个重要指标，机械自锁是机械效率小于0的一种情况，很多机械都运用了机械自锁，自锁机构在机械领域有广泛的应用。本文介绍了机械自锁的概念，机械自锁产生的条件及机械自锁的特性，且结合实例对机械自锁现象进行分析。
【关键词】机械；机械效率；自锁
0. 引言
随着我国工业化的不断推进，作为各行各业都不可或缺的机械工业，也得到了前所未有的发展，大量现代化先进机械设备加速了人类社会的繁荣和进步，机械已经成为现代社会生产和服务的主要因素之一。在全球范围内，现代机械工业正在向高速、高载、高精度、高效率、低污染、低噪音等方向发展，对机械提出了更高的要求，其中机械效率成为设计者和制造者关注的重要因素之一，并且降耗节能是我国国民经济可持续发展的重要任务之一，因此，机械效率的高低成为机械的一个重要性能指标。
在对机械效率进行研究时，会遇到一种情况，那就是机械效率小于0的情况，这便是机械自锁现象，并不是机械效率小于0，这个机构就没有使用价值，本文将对机械自锁做一些相关介绍。机械自锁在机械工程中具有十分重要的作用和意义，它对机械的性能有重要影响，有时需要克服自锁，有时需要利用自锁。在碰到机械自锁时要充分考虑，一方面，在设计机械时为使机械实现某个方向的运动就要避免自锁，另一方面，有些机械需要应用自锁特性。本文将对自锁产生的条件和生活中的机械自锁现象作相关分析。
就不一定自锁，机械的自锁现象与驱动力方向和机构构造有关，因此，机械具有方向性。
2.3实用性
工程上的机械倒转是需要避免的，避免的方法是，安装刹车机构，但该机构复杂，价格昂贵，且刹车容易产生冲击，影响使用寿命，若使用具有自锁的机械，不仅可以防倒转，而且价格低廉，结构简单，实用性强。
3. 生活中自锁现象分析
在生活中会遇见一些问题，让人琢磨不透，但如果用机械自锁来解释，可迎刃而解。下面我们来看个例子。某一展览馆为吸引游客，在其入口处摆放如图（1）所示金块，声称只要谁能用一只手抓金块的两斜面并将金块抓起，金块就属于谁，数十年过去了，谁也没有拿走金块。当然，十年之中，抓金块者的人可想而知，不计其数，图（1
）其中不乏大力士，可为什么没有人能拿走金块呢？我们就用机械自锁的知识来解释这个问题。抓金块的手力如图（2）所示，因为两斜面受力一样，只需分析一面即可。
设金块表面的摩擦系数为μ，则摩擦力F ′=μF,
竖直方向上的有效分力
图（2）F 〞=μFcos α－Fsin α，
只要F 〞﹤0, 则金块自锁，既无论用多大的力都无法拿起金块。
F 〞﹤0，即μ﹤cot α，
制造者只要使金块表面的摩擦系数μ小于cot α，试举者就拿不起金块，这便是其中的奥妙。
1. 机械自锁的定义及产生条件
1.1自锁的定义
有些机械，从结构上原本是可以运动的，无论作用在其上的驱动力如何增大，都不能使其运动的现象，称为机械的自锁。
1.2自锁产生的条件
对于单个运动副，产生自锁的条件因运动副的不同而不同：(1)对移动副，自锁的条件是驱动力作用在摩擦锥之内：(2)对转动副，当单一的驱动力作用在转动副的摩擦圆之内时，机械自锁；(3)对螺旋副，自锁的条件是螺旋副螺纹升角小于螺旋副的摩擦角。对于整个机构，机械自锁的条件：（1）机械的效率小于0，当机械效率小于0时，机械自锁，但必须指出的是，并不是机械效率大于0机械就一定不自锁，当机构中有偶数个运动副处于自锁状态时，机械效率也大于0，但是此时机械自锁，因此可以得出一个结论，机构中只要有一个运动副自锁，不管机械总的效率是否小于0，机械自锁；(2)机械的生产阻抗力恒小于或等于0；（3）作用在构件上的有效驱动力始终小于由其引起的同方向的阻力。在分析械是否自锁时，还要根据具体情况，灵活运用机械自锁产生的条件来解决新的问题。
4．结论
机械自锁有利有弊，有些机械没有处理好机械自锁问题，在实际操作中带来一些不必要的麻烦，因此在对机械进行设计时，要充分考虑到机械自锁现象，尽量扬长避短，使机械自锁能在机构中得到充分的利用，当现实生活中遇到相关的问题时，能用机械自锁知识作出科学的解释。科
2. 自锁的特性
2.1两面性
自锁对机械有积极的一面，螺旋千斤顶就是利用机械自锁的例子，被千斤顶顶起的重物，无论其重力有多大，都不能使支撑起重量的螺母反转，如果螺母没有自锁性能，则重物重力过大会对千斤顶造成损害。机械工业中，还有很多利用机械自锁的例子，如炮弹入膛后的闭锁装置，偏心夹具，斜面夹具等. 自锁也有消极的一面，若不避免，会带来不利影响，在凸轮推杆机构中，如果不注意机械自锁的问题，推杆很可能会被卡住，影响机械运动。
2.2方向性
一个机械产生了自锁并不是机械就不能运动，而是指某一机构在满足自锁条件驱动力作用下，在一定方向上产生自锁，而其他方向上
●
【参考文献】
［1］孙恒，陈作模，葛文杰. 机械原理. 第七版. 北京：高等教育出版社，2006，5．［2］孙恒. 机械原理教学指南. 北京：高等教育出版社，1998．
［3］王文奎. 机械原理. 北京：电子工业出版社，2007，8．
［4］陈作模. 机械原理学习指南. 第五版. 北京：高等教育出版社，2008，5．
作者简介：邓星（1987.1—），湖北孝感人，男，汉族，目前本科在读。研究方向为机械设计及自动化。
［责任编辑：张慧］
855
科技信息○机械与电子○SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 2010年第1期
机械自锁的分析与研究
（长江大学
邓星湖北荆州
434023）
【摘要】机械效率是判断机械性能好坏的一个重要指标，机械自锁是机械效率小于0的一种情况，很多机械都运用了机械自锁，自锁机构在机械领域有广泛的应用。本文介绍了机械自锁的概念，机械自锁产生的条件及机械自锁的特性，且结合实例对机械自锁现象进行分析。
【关键词】机械；机械效率；自锁
0. 引言
随着我国工业化的不断推进，作为各行各业都不可或缺的机械工业，也得到了前所未有的发展，大量现代化先进机械设备加速了人类社会的繁荣和进步，机械已经成为现代社会生产和服务的主要因素之一。在全球范围内，现代机械工业正在向高速、高载、高精度、高效率、低污染、低噪音等方向发展，对机械提出了更高的要求，其中机械效率成为设计者和制造者关注的重要因素之一，并且降耗节能是我国国民经济可持续发展的重要任务之一，因此，机械效率的高低成为机械的一个重要性能指标。
在对机械效率进行研究时，会遇到一种情况，那就是机械效率小于0的情况，这便是机械自锁现象，并不是机械效率小于0，这个机构就没有使用价值，本文将对机械自锁做一些相关介绍。机械自锁在机械工程中具有十分重要的作用和意义，它对机械的性能有重要影响，有时需要克服自锁，有时需要利用自锁。在碰到机械自锁时要充分考虑，一方面，在设计机械时为使机械实现某个方向的运动就要避免自锁，另一方面，有些机械需要应用自锁特性。本文将对自锁产生的条件和生活中的机械自锁现象作相关分析。
就不一定自锁，机械的自锁现象与驱动力方向和机构构造有关，因此，机械具有方向性。
2.3实用性
工程上的机械倒转是需要避免的，避免的方法是，安装刹车机构，但该机构复杂，价格昂贵，且刹车容易产生冲击，影响使用寿命，若使用具有自锁的机械，不仅可以防倒转，而且价格低廉，结构简单，实用性强。
3. 生活中自锁现象分析
在生活中会遇见一些问题，让人琢磨不透，但如果用机械自锁来解释，可迎刃而解。下面我们来看个例子。某一展览馆为吸引游客，在其入口处摆放如图（1）所示金块，声称只要谁能用一只手抓金块的两斜面并将金块抓起，金块就属于谁，数十年过去了，谁也没有拿走金块。当然，十年之中，抓金块者的人可想而知，不计其数，图（1
）其中不乏大力士，可为什么没有人能拿走金块呢？我们就用机械自锁的知识来解释这个问题。抓金块的手力如图（2）所示，因为两斜面受力一样，只需分析一面即可。
设金块表面的摩擦系数为μ，则摩擦力F ′=μF,
竖直方向上的有效分力
图（2）F 〞=μFcos α－Fsin α，
只要F 〞﹤0, 则金块自锁，既无论用多大的力都无法拿起金块。
F 〞﹤0，即μ﹤cot α，
制造者只要使金块表面的摩擦系数μ小于cot α，试举者就拿不起金块，这便是其中的奥妙。
1. 机械自锁的定义及产生条件
1.1自锁的定义
有些机械，从结构上原本是可以运动的，无论作用在其上的驱动力如何增大，都不能使其运动的现象，称为机械的自锁。
1.2自锁产生的条件
对于单个运动副，产生自锁的条件因运动副的不同而不同：(1)对移动副，自锁的条件是驱动力作用在摩擦锥之内：(2)对转动副，当单一的驱动力作用在转动副的摩擦圆之内时，机械自锁；(3)对螺旋副，自锁的条件是螺旋副螺纹升角小于螺旋副的摩擦角。对于整个机构，机械自锁的条件：（1）机械的效率小于0，当机械效率小于0时，机械自锁，但必须指出的是，并不是机械效率大于0机械就一定不自锁，当机构中有偶数个运动副处于自锁状态时，机械效率也大于0，但是此时机械自锁，因此可以得出一个结论，机构中只要有一个运动副自锁，不管机械总的效率是否小于0，机械自锁；(2)机械的生产阻抗力恒小于或等于0；（3）作用在构件上的有效驱动力始终小于由其引起的同方向的阻力。在分析械是否自锁时，还要根据具体情况，灵活运用机械自锁产生的条件来解决新的问题。
4．结论
机械自锁有利有弊，有些机械没有处理好机械自锁问题，在实际操作中带来一些不必要的麻烦，因此在对机械进行设计时，要充分考虑到机械自锁现象，尽量扬长避短，使机械自锁能在机构中得到充分的利用，当现实生活中遇到相关的问题时，能用机械自锁知识作出科学的解释。科
2. 自锁的特性
2.1两面性
自锁对机械有积极的一面，螺旋千斤顶就是利用机械自锁的例子，被千斤顶顶起的重物，无论其重力有多大，都不能使支撑起重量的螺母反转，如果螺母没有自锁性能，则重物重力过大会对千斤顶造成损害。机械工业中，还有很多利用机械自锁的例子，如炮弹入膛后的闭锁装置，偏心夹具，斜面夹具等. 自锁也有消极的一面，若不避免，会带来不利影响，在凸轮推杆机构中，如果不注意机械自锁的问题，推杆很可能会被卡住，影响机械运动。
2.2方向性
一个机械产生了自锁并不是机械就不能运动，而是指某一机构在满足自锁条件驱动力作用下，在一定方向上产生自锁，而其他方向上
●
【参考文献】
［1］孙恒，陈作模，葛文杰. 机械原理. 第七版. 北京：高等教育出版社，2006，5．［2］孙恒. 机械原理教学指南. 北京：高等教育出版社，1998．
［3］王文奎. 机械原理. 北京：电子工业出版社，2007，8．
［4］陈作模. 机械原理学习指南. 第五版. 北京：高等教育出版社，2008，5．
作者简介：邓星（1987.1—），湖北孝感人，男，汉族，目前本科在读。研究方向为机械设计及自动化。
［责任编辑：张慧］
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