原创 Winter1984 iMechanic

相信大家都了解过自锁装置，它是指通过某种机械结构设计，使得一个装置在停止外力作用后仍然能够保持在某一位置不动，而不需要额外的锁定机构。一个比较常见的就是如下图所示的千斤顶。

那机构在什么角度下会发生自锁呢？这个计算起来也比较简单，画出受力平衡图如下：

通过X方向上力平衡方程，我们可以得到：

上述计算出来的角度θlocking也被称作摩擦角或者自锁角。

在这个角度下，物体处于一种滑动/静止的临界状态：当角度小于上述角度时，机构就会自锁；而当角度大于上述角度时，当外力作用去除后，机构就会自行退回原位。从公式中也可以看出，这个角度只和静摩擦系数μs有关，而与承载力Fload无关。

这个角度计算简单，也比较容易记住，但一般教材中未有提及。其实在实际结构设计时，大家可以利用在某种角度下自锁的这种特性开展一些设计。下面举一些实际的例子供大家参考。

比如常见的蜗轮蜗杆传动中，通常蜗杆是驱动部件，而蜗轮无法驱动蜗杆，也即无法进行反向驱动。这是因为摩擦角通常大于蜗杆的导程角，存在自锁现象。比如钢蜗杆和青铜齿轮之间的静摩擦系数约为0.15，这个摩擦角约为8-9度。

又比如从事CNC加工的同学比较熟悉的莫氏锥度（Morse），也是利用了这种自锁原理，它是机加工中关于锥度的国际标准，主要用于机械中旋转体的精密固定，具备拆卸方便、重复定位精度高等特点。莫氏锥度杆配合带锥度的内孔（锥度通常较小，一般在1：20左右），利用摩擦力来传递扭矩。同样的应用还有骨科中的人工关节连接等，如下图所示。

你还知道有哪些结构的应用自锁设计？

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