蝸桿傳動機構運動方向判別的教學探討*

◆余江鴻

作者：余江鴻，湖南工業大學（412007）。

蝸桿傳動機構是一種常用的機械傳動方式，其結構原理是機械原理和機械設計基礎課程所涉及的一個知識點。蝸桿傳動機構亦稱為蝸輪蝸桿機構或蝸輪機構，其實質上是交錯軸斜齒輪機構的正交傳動，交錯角通常采用90°，由蝸桿、蝸輪和機架組成。蝸桿可認為是一個齒數少、直徑小、軸向長度較大、螺旋角β1很大的斜齒輪；而蝸輪齒數較多、直徑大、螺旋角β2很小，可視為一個寬度不大的斜齒輪。蝸桿傳動機構具有承載能力大、傳動平穩、振動沖擊小等特點。在機械原理和機械設計基礎課程教學過程中，蝸桿傳動機構的旋向及運動方向判別是一個重要的教學內容，教材上提供的判別方法基本都是傳統的左右手法則。本文將在該方法基礎上，總結教學過程中的經驗，介紹速度矢量圖法和三角形法，以加深學生對蝸桿傳動機構的理解，同時可作為教學參考。

1 左右手法則

根據左右手法則判別蝸桿傳動機構運動方向時，須先判定蝸桿和蝸輪的旋向。可用如下方法判別旋向：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。可通俗表達為：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。同時交錯角為90°時，根據蝸桿蝸輪正確嚙合條件，蝸桿和蝸輪旋向應一致。

在確定了旋向后，蝸桿和蝸輪轉向的判別方法為：左旋蝸桿用左手，右旋蝸桿用右手，四指沿蝸桿轉向，大拇指反方向為嚙合點處蝸輪轉向。如圖2所示，P 點為蝸桿和蝸輪瞬時嚙合點，蝸桿螺旋線旋向為右旋，用右手四指沿蝸桿運動方向握拳，大拇指所指反方向為P 點運動方向，即P 點方向朝左，據此可判斷蝸輪運動方向為順時針。

2 速度矢量圖法

同樣如圖2所示，以蝸輪2 上的P 點為動點，以蝸桿1為動系，由相對運動原理可知：

式中，v2為蝸輪上圓周速度，v1為蝸桿圓周速度，vs為相對滑動速度，其方向沿蝸桿螺旋線方向。根據速度合成原理，可作速度矢量圖如圖3所示，可判斷蝸輪上P 的速度方向，因此蝸輪轉向為順時針。

3 三角形法

對于左右手法則，機械類或非機械類學生都可以正確使用。對于速度矢量圖法，對非機類學生使用起來則較困難。結合教學實踐，可將速度矢量圖法進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動方向；如圖4所示，P 點為蝸桿和蝸輪嚙合點，三角形斜邊為向左傾斜的一條線段（蝸桿實際旋向是右旋），一條直角邊代表蝸桿運動方向垂直向下，則另一條直角邊代表蝸輪上P 點運動方向水平向左，據此判斷蝸輪轉向為順時針。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際旋向，實際判別時可直接在蝸桿上繪圖，也可根據蝸輪運動方向判定蝸桿運動方向。如圖5（a）和圖5（b）所示蝸桿傳動機構判別，結合蝸桿蝸輪的具體位置，可判別（a）圖中蝸輪轉向為逆時針，（b）圖中蝸輪轉向為順時針。

4 結語

蝸桿傳動機構運動方向的判別方法中，左右手法則是傳統方法，適合所有專業學生使用；速度矢量圖法適合于機械類學生使用；在速度矢量圖法基礎上提煉出來的三角形法無前期知識要求，適合于所有專業學生，且方便快捷。教學過程中使用多種方法，可加深學生對蝸桿機構傳動機構的理解。