第二节 摩擦角与自锁
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当物体有相对运动趋势时,支承面对物体法向反力 N 和摩擦力 F,这两个力的合力 R,称为全约束反力。 全约束反力 R 与接触面公法线的夹角为 φ,见下图a。显然,它随摩擦力的变化而变化。当静摩擦力达到最大值 F m 时,夹角 φ也达到最大值 φm ,则称 φm0 为摩擦角。
如下图b所示,可见tanφm=Fm/N=fN/N=f
若过接触点在不同方向作出在临界平衡状态下的全约束反力的作用线, 则这些直线将形成一个锥面,称摩擦锥。如图c。
将作用在物体上的各主动力用合力 Q 表示,当物体处于平衡状态时, 主动力合力 Q 与全约束反力 R 应共线、反向、等值,则有 α=φ。而物体平衡时, 全约束反力作用线不可能超出摩擦锥, 即 φ≤φm (下图)。
由此得到:
α≤φm
即作用于物体上的主动力的合力 Q,不论其大小如何, 只要其作用线与接触面公法线间的夹角 α不大于摩擦角 φm ,物体必保持静止。 这种现象称为自锁现象。
自锁现象在汽车机械中有重要的应用。如造斤顶等就利用发自锁原理。