蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向判別的教學(xué)探討*

◆余江鴻

作者：余江鴻，湖南工業(yè)大學(xué)（412007）。

蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是一種常用的機(jī)械傳動(dòng)方式，其結(jié)構(gòu)原理是機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程所涉及的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)亦稱為蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)或蝸輪機(jī)構(gòu)，其實(shí)質(zhì)上是交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)的正交傳動(dòng)，交錯(cuò)角通常采用90°，由蝸桿、蝸輪和機(jī)架組成。蝸桿可認(rèn)為是一個(gè)齒數(shù)少、直徑小、軸向長度較大、螺旋角β1很大的斜齒輪；而蝸輪齒數(shù)較多、直徑大、螺旋角β2很小，可視為一個(gè)寬度不大的斜齒輪。蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有承載能力大、傳動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)沖擊小等特點(diǎn)。在機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)過程中，蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的旋向及運(yùn)動(dòng)方向判別是一個(gè)重要的教學(xué)內(nèi)容，教材上提供的判別方法基本都是傳統(tǒng)的左右手法則。本文將在該方法基礎(chǔ)上，總結(jié)教學(xué)過程中的經(jīng)驗(yàn)，介紹速度矢量圖法和三角形法，以加深學(xué)生對蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的理解，同時(shí)可作為教學(xué)參考。

1 左右手法則

根據(jù)左右手法則判別蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，須先判定蝸桿和蝸輪的旋向?？捎萌缦路椒ㄅ袆e旋向：如圖1所示，沿蝸桿或蝸輪軸線來觀察輪齒線，若輪齒線右方高，則為右旋；反之為左旋?？赏ㄋ妆磉_(dá)為：使蝸桿或蝸輪軸線沿鉛垂方向（蝸桿立放，蝸輪平放），觀察齒形，左邊高則為左旋，右邊高則為右旋。同時(shí)交錯(cuò)角為90°時(shí)，根據(jù)蝸桿蝸輪正確嚙合條件，蝸桿和蝸輪旋向應(yīng)一致。

在確定了旋向后，蝸桿和蝸輪轉(zhuǎn)向的判別方法為：左旋蝸桿用左手，右旋蝸桿用右手，四指沿蝸桿轉(zhuǎn)向，大拇指反方向?yàn)閲Ш宵c(diǎn)處蝸輪轉(zhuǎn)向。如圖2所示，P 點(diǎn)為蝸桿和蝸輪瞬時(shí)嚙合點(diǎn)，蝸桿螺旋線旋向?yàn)橛倚?，用右手四指沿蝸桿運(yùn)動(dòng)方向握拳，大拇指所指反方向?yàn)镻 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向，即P 點(diǎn)方向朝左，據(jù)此可判斷蝸輪運(yùn)動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針。

2 速度矢量圖法

同樣如圖2所示，以蝸輪2 上的P 點(diǎn)為動(dòng)點(diǎn)，以蝸桿1為動(dòng)系，由相對運(yùn)動(dòng)原理可知：

式中，v2為蝸輪上圓周速度，v1為蝸桿圓周速度，vs為相對滑動(dòng)速度，其方向沿蝸桿螺旋線方向。根據(jù)速度合成原理，可作速度矢量圖如圖3所示，可判斷蝸輪上P 的速度方向，因此蝸輪轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針。

3 三角形法

對于左右手法則，機(jī)械類或非機(jī)械類學(xué)生都可以正確使用。對于速度矢量圖法，對非機(jī)類學(xué)生使用起來則較困難。結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，可將速度矢量圖法進(jìn)一步簡化為三角形法。

具體判別方法為：畫一直角三角形，斜邊代表蝸桿旋向指示線，兩條直角邊代表蝸桿和蝸輪的運(yùn)動(dòng)方向；如圖4所示，P 點(diǎn)為蝸桿和蝸輪嚙合點(diǎn)，三角形斜邊為向左傾斜的一條線段（蝸桿實(shí)際旋向是右旋），一條直角邊代表蝸桿運(yùn)動(dòng)方向垂直向下，則另一條直角邊代表蝸輪上P 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向水平向左，據(jù)此判斷蝸輪轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針。三角形中，兩直角邊的指向原則為：箭頭相對或箭頭相背。

運(yùn)用三角形法過程中，需注意斜邊代表蝸桿旋向的指示線而不是蝸桿的實(shí)際旋向，實(shí)際判別時(shí)可直接在蝸桿上繪圖，也可根據(jù)蝸輪運(yùn)動(dòng)方向判定蝸桿運(yùn)動(dòng)方向。如圖5（a）和圖5（b）所示蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)判別，結(jié)合蝸桿蝸輪的具體位置，可判別（a）圖中蝸輪轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針，（b）圖中蝸輪轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針。

4 結(jié)語

蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向的判別方法中，左右手法則是傳統(tǒng)方法，適合所有專業(yè)學(xué)生使用；速度矢量圖法適合于機(jī)械類學(xué)生使用；在速度矢量圖法基礎(chǔ)上提煉出來的三角形法無前期知識(shí)要求，適合于所有專業(yè)學(xué)生，且方便快捷。教學(xué)過程中使用多種方法，可加深學(xué)生對蝸桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的理解。