關于差動螺旋傳動教學的幾個關鍵問題

周碩婷

（揚州生活科技學校,江蘇 揚州 225002）

關于差動螺旋傳動教學的幾個關鍵問題

周碩婷

（揚州生活科技學校,江蘇 揚州 225002）

摘要：《機械基礎》課程是機電專業的一門專業基礎課，概念抽象，原理深奧，難以理解，而差動螺旋傳動則更是其中一個的難點，中職學生在學習這部分內容時，難以理解“差動”的含義，對相關的距離計算和方向判別更是無從下手，本文根據中職學生的特點，歸納總結了講授時應該抓住的幾個關鍵問題，能夠啟發學生積極思維、深刻理解差動螺旋傳動的本質，從而達到提高教學效果的目的。

關鍵詞：螺旋傳動；差動螺旋傳動；螺桿；活動螺母；固定螺母；距離計算；方向判別

螺旋傳動是利用螺旋副來傳遞動力、運動的一種機械傳動，可以方便地把主動件的回轉運動轉變為從動件的直線運動，在機床的進給機構、起重設備、鍛壓機械、測量儀器、工具、夾具及其他工業設備中有著廣泛的應用。常用螺旋傳動分為普通螺旋傳動、差動螺旋傳動、滾珠螺旋傳動等，其中差動螺旋傳動是難點，比較難理解，要想掌握這部分內容，能夠完成相關的距離計算和方向判別，需要注意以下幾個關鍵點。

1　深刻理解差動螺旋傳動的概念

所謂差動螺旋傳動是一個復合的雙螺旋運動，包括螺桿與固定螺母之間的螺旋副、螺桿與活動螺母之間的螺旋副（見原理圖圖1）。螺桿的運動既旋轉又移動，移動就是相對固定螺母的直線運動，活動螺母的移動分成兩部分：一是螺桿相對固定螺母移動時，帶動活動螺母一起直線移動；二是活動螺母自己沿螺桿直線移動（螺桿與活動螺母間也形成了螺旋副）。活動螺母的實際移動是上述兩種運動的復合，因此它與螺桿的移動距離是不同的，即活動螺母和與其相配合的活動螺桿相對于機架均產生移動，但是移動的距離不同，所以稱為差動，本質就是不一致的螺旋傳動。

圖1

圖2

為了讓學生深刻理解，除了可以使用模型、動畫視頻講解以外，還需要采用形象的比喻來說明，差動螺旋傳動就像是人在勻速行駛的車輛里行走（見圖2），此時汽車相對起點移動一個距離，而人相對起點移動的距離包括兩方面：一是汽車帶動人移動的距離，二是人本身在汽車里移動的距離，所以人和汽車相對起點移動的位移是不同的，此時起點（或地面）可以看作是固定螺母、汽車看作是螺桿，人看作是活動螺母，這樣就可以更加深刻地理解差動螺旋傳動的含義了。

2　差動螺旋傳動中活動螺母移動距離的計算和方向的判別

當活動螺母和固定螺母的旋向相同時，活動螺母移動距離為L=N（Ph1-Ph2）,其中N為回轉周數、Ph1為固定螺母導程、Ph2為活動螺母導程，當計算結果為正時，活動螺母相對機架的最終實際移動方向與螺桿移動方向相同，當計算結果為負時，活動螺母相對機架的最終實際移動方向與螺桿移動方向相反。打個比方，此處可一想象成移動距離L=時間X（汽車移動速度-人移動速度），當汽車速度＞人移動速度,那么人相對地面的最終實際移動方向與汽車移動方向一致（見圖2），當汽車速度＜人移動速度,那么人相對地面的最終實際移動方向與汽車移動方向相反（見圖3）。

圖3

圖4

當活動螺母和固定螺母的旋向相反時，活動螺母移動距離為L=N（Ph1+Ph2）,其中N為回轉周數、Ph1為固定螺母導程、Ph2為活動螺母導程，活動螺母實際移動方向與螺桿移動方向相同，此處可想象成移動距離L=時間X（汽車移動速度+人移動速度），人相對起點的實際移動方向始終與汽車移動方向一致（見圖4）。

教師一定要對此進行強調，活動螺母和固定螺母的旋向相反時距離L=N（Ph1+Ph2）用“+”， 活動螺母實際移動方向與螺桿移動方向相同。反之，活動螺母和固定螺母的旋向相同時，距離為L=N（Ph1-Ph2），用“—”，結果為正時，活動螺母相對機架的實際移動方向與螺桿移動方向相同，計算結果為負時，活動螺母相對機架的實際移動方向與螺桿移動方向相反。

3　實際應用中活動螺母運動距離計算和方向的判定

在學習差動螺旋傳動的距離公式和方向判別時，有的學生在原理圖上看懂了、學會了，但在實際運用中卻糊涂了，不知從何入手，那么解決問題的關鍵就是：

（1）找到實例中差動螺旋傳動的三個組成部分：螺桿、固定螺母和活動螺母。

（2）根據兩處螺旋副的旋向，確定距離公式，活動螺母和固定螺母的旋向相反時，活動螺母移動距離L=N（Ph1+Ph2），活動螺母和固定螺母的旋向相同時，活動螺母移動距離為：

（3）在判斷差動螺旋傳動的方向時，一定要先判斷出螺桿的移動方向。用左手或右手（左旋用左手，右旋用右手）來判別，四指繞向與螺桿的回轉方向相同，大拇指豎直，大拇指所指的方向即為主動件螺桿的移動方向。然后根據距離L的正負來判斷活動螺母的移動方向。

以差動螺旋微調機構為例，說明如何進行分析（見圖5）。

圖5　差動螺旋微調機構

圖6　差動螺旋轉動的微調鏜刀

由圖可知有兩處螺旋副：螺桿3與機架1的內螺紋之間，導程為Phl，螺桿3的內螺紋與移動螺桿2之間，導程為Ph2。螺桿3與手輪4是固定連接在一起的，移動螺桿2在機架1內不能轉動，只能沿導向鍵上下移動。此處機架1就相當于原理圖中的固定螺母，螺桿3就相當于螺桿，移動螺桿2相當于活動螺母。兩處螺旋副均為右旋，且Phl＞Ph2，移動螺桿2的移動距離 L=N（Phl-Ph2）＞0 。當按照圖示方向回轉手輪時，螺桿3上移，移動螺桿2相對螺桿3是下移的，但因為L＞0，所以移動螺桿2相對機架的實際運動方向與螺桿3相同，即向上移動。

再以圖6的微調鏜刀為例進行說明，Ⅰ、Ⅱ處共有兩處螺旋副，分別為螺桿1與刀套3之間、螺桿1與鏜刀4的內螺紋之間。刀套3與鏜桿2之間是固定的，分析傳動路線，旋轉螺桿1，因為刀套3固定不動的，所以螺桿1既旋轉又移動，最終將會把運動傳遞給鏜刀，鏜刀可以實現微調，這里最容易看出的是：鏜刀4就原理圖中的活動螺母，接著看出螺桿1就是螺桿，刀套3就是固定螺母。

假設兩處螺紋連接均為右旋，導套的導程1.5mm，鏜刀的導程1.25 mm，螺桿按圖示方向旋轉一周，鏜刀移動距離、方向如何？

因為活動螺母和固定螺母的旋向均為右旋，方向相同，活動螺母移動距離為L=N（Ph1-Ph2）=1X（1.5-1.25）=0.25 mm＞0, 鏜刀運動方向與螺桿相同。使用右手判斷螺桿移動方向，四指繞向與圖示一致，拇指指向右端，即主動件螺桿1向右移動，所以鏜刀向右移動0.25mm。

4　結語

綜上所述，通過模型、動畫視頻、形象生動的比喻，學生能夠充分理解差動螺旋傳動的概念、原理并且掌握原理圖中的距離計算、方向判別。再通過兩個工程實例進行分析，做到理論聯系實際，進一步加深了對差動螺旋傳動的理解，并且提高了學生運用理論知識解決實際問題的能力，抓住以上幾點一定可以取得良好的教學效果。

作者簡介：周碩婷（1970-），副教授，工程碩士，工作方向：機械專業課程教學。