第 38 卷 1 期 第 船海工程 Vol. 38 . 1 No 2009 年 2 月 SH IP & OCEAN EN GIN EERIN G Feb. 2009 DO I :10. 3963/ j. issn. 167127953. 2009. 01. 006 则” 的使用 、 说明了它的意义 。 一种确定蜗轮蜗杆转向关系的简易方法 李香琪 ( 青岛远洋船员学院机电系 ,山东 青岛 266071) 摘 : 在蜗杆传动中 ,蜗杆轴与蜗轮轴交错成 90° ,两轴之间的转向关系符合一定的规律 。本文从蜗 要 角 杆传动的受力分析角度出发 ,得出了确定蜗轮蜗杆之间转向关系的简易方法 —— —“反手法则”分析了 , “反手法 关键词 : 蜗杆传动 ; 主动轮左 ( 右) 手法则 ; 反手法则 中图分类号 : T H132. 4 文献标志码 :B 文章编号 :167127953 ( 2009) 0120022203 Key words : worm drive ,left (right) hand rule of actio n wheel ,backhand law L I Xiang2qi A Simple Method J udging the Rotation between Worm and Worm Gear (Depart ment of Marine Engineering , Qingdao Ocean Shipping Mariners College ,Qingdao266071 ,China) Abstract : In worm drive , t he worm shaft and worm gear axle crisscro ss to beco me 90°angles in space , t here are so me rule between t heir rotation. This paper analyses t he acting force in worm drive ,and find o ut a simple met hod which can be used to judge t he rotation between wo rm and wo rm gear. The met hod is called “backhand law” t he use of“backhand law” also discussed in t his paper. , is 蜗杆传动是工业中常用的机械传动之一 , 它 由蜗杆与蜗轮组成 , 用于传递空间两交错轴之间 的运动和动力 , 一般两轴交错角为 90° 。蜗杆传 动具有传动比大 、 、 省力 自锁性好的特点 ,在机床 、 汽车 、 仪器 、 冶金机械及起重机械中得到广泛应 用 。通常蜗杆为主动件 、 蜗轮是从动件 ,当已知其 中一个轴的回转方向时 , 需要确定另一个轴的转 动方向 ,本文通过对蜗杆蜗轮之间的相互作用力 分析 , 找出了确定它们之间转向关系的简易方 法 —— — 反手法则 。 形状似梯形螺纹 , 蜗轮的形状似一具有特殊形状 的斜齿轮[ 2 ] ; 所以普通蜗杆传动就其本质来说 ,仍 可看作是一对斜齿轮传动[ 1 ] , 蜗杆传动的受力分 析与斜齿圆柱齿轮相似 。 为简化问题 ,忽略啮合齿面间的摩擦力 ,并把 蜗轮轮齿和蜗杆螺旋面之间的相互作用力集中于 节点 P 、 按单齿对啮合考虑进行受力分析 。由斜 齿轮的受力分析可知 , 啮合面间作用着的法向力 Fn 可以分解为三个互相垂直的分力 , 即 : 径向力 [3 Fr 、 圆周力 Ft 和轴向力 Fa 。] 由于蜗杆与蜗轮轴 1 蜗杆传动的受力分析 交错成 90° ,根据作用与反作用的原理 , 蜗杆的 角 圆周力 Ft1 与蜗轮的轴向力 Fa2 、 蜗杆的轴向力 Fa1 与蜗轮的圆周力 Ft2 、 蜗杆的径向力 Fr1 与蜗轮的 径向力 Fr2 分别存在着大小相等 、 方向相反的关 系 ,即蜗杆与蜗轮的三对分力之间的对应关系为 : ( 圆周力) Ft1 = 2 Fa2 式中 2” “ 号表示力的方向相反 。 蜗杆 ( 轴向力) Fa1 = 2 Ft2 蜗轮 ( 径向力) Fr1 = 2 Fr2 要确定蜗轮与蜗杆之间的转向关系 , 首先必 须清楚两者间的作用力关系 , 要掌握蜗杆传动受 力分析的基本原理 。对普通蜗杆传动来说 ( 阿基 米德蜗杆 、 渐开线蜗杆 ) , 完全可看作是斜齿轮 螺旋传动 - 蜗杆传动演变而得到的 [ 1 ] , 因为蜗杆 收稿日期 :2008212211 修回日期 :2008212231 作者简介 : 李香琪 (1971 - ) ,女 ,讲师 。 研究方向 : 机械设计 ,热处理 。 E mail :lixiangqi @co scoqmc. com. cn 2 分力的方向分别是 : 径向力 Fr1 、 r2 分别指向 F 各自的轮心 ; 圆周力遵循 “主反从同” 的规律 ,即主 动件蜗杆的圆周力 F t1 的方向与其转向相反 、 从 22 一种确定蜗轮蜗杆转向关系的简易方法 —— — 李香琪 动件蜗轮圆周力 Ft2 的方向与其转向相同 。蜗杆 轴向力 Fa1 由 “主动轮左 ( 右) 手法则” 判定 ,即左旋 蜗杆用左手 、 右旋蜗杆用右手 ,弯曲的四指代表蜗 杆的回转方向 ,大姆指的指向即为蜗杆的轴向力 Fa1 的方向 ( 如图 1 所示 ) ; 蜗轮轴向力 Fa2 则根据 蜗杆圆周力 Ft1 的方向来确定 。 蜗杆传动的受力分析通常用两个视图来表明 三对分力之间的关系 。如图 2 中 a ) 所示的蜗杆 传动以蜗杆为主动件 ,已知蜗杆的转向 ,要求在图 上标出蜗轮的转向及蜗杆 、 蜗轮所受各分力的方 向。 和转向 ,要判断蜗轮的转向 , 首先应根据 “主动轮 左 ( 右) 手法则” 判定出蜗杆轴向力的方向 ,再根据 力的对应关系及圆周力 “主反从同” 的规律 , 就可 以知道蜗轮在啮合点处的速度方向是蜗杆轴向力 的反方向 。简单地说 , 在这种情况下 “大拇指的 , 反方向就是啮合点处蜗轮的速度方向” 。 如果把 “左 ( 右 ) 手法则” 反过来使用 , 即左旋 蜗杆用右手 ,右旋蜗杆用左手 ,四指与蜗杆转向一 致 ,那么根据相对运动原理 ,大拇指的指向就是蜗 轮圆周力的方向 ,反方向才是蜗杆轴向力的方向 ; 这个方法可以称为 “反手法则” 。不难知道 ,在 “反 手法则” “大拇指的指向就是啮合点处蜗轮的 下, 速度方向” 。如果仅仅要判断蜗轮与蜗杆之间的 转向关系 ,利用 “反手法则” 尤为方便 。 2 “反手法则” 的应用 在 “反手法则” ,四指代表蜗杆的速度方向 , 下 大拇指代表蜗轮的速度方向 , 用它来判断蜗轮蜗 杆之间的转向关系很方便 , 也就是要确定大拇指 与其它四指之间的指向关系 。 图 3a ) 中 ,已知蜗杆旋向及转向 , 判断蜗轮转 图1 主动轮左( 右) 手法则 向 。分析 : 由图知是右旋蜗杆 , 因而根据反手法 则 ,使用左手判断 , 四指与蜗杆转向一致 , 大拇指 指向即为蜗轮啮合点处的速度方向 , 转向表示如 图 b) 所示 。 如果是已知蜗轮转向 ,要确定蜗杆的转向 ,反 手法则同样适用 。在这种情况下 , 因为已知蜗轮 转向 n2 , 所以首先可确定蜗轮圆周力 Ft2 与蜗杆 轴向力 Fa1 的方向 , 再根据蜗杆轴向力方向 , 即可 判断出蜗杆的转向 ; 相当于是已知大拇指的指向 , 要确定四指的方向 。 如图 4a ) 中 ,已知蜗杆旋向及蜗轮转向 , 要判 断蜗杆的转向 。分析 : 由图知是右旋蜗杆 ,根据反 手法则 ,左手五指伸开 ,大拇指指向与蜗轮啮合点 处的速度方向一致 , 则四指的指向就是蜗杆的运 动方向 ,转向表示如图 b) 所示 。 根据蜗杆传动的受力情况 ,分析步骤如下 :1) 蜗杆径向力 Fr1 、 蜗轮径向力 Fr2 分别指向各自的 轮心 ;2) 已知蜗杆转向 , 因而可确定蜗杆圆周力 Ft1 的方向与其转向 n1 相反 , Ft1 的反方向即为蜗 轮轴向力 Fa2 的方向 ; 3 ) 判定蜗杆轴向力 Fa1 及蜗 轮圆周力 Ft2 的方向 , 从而就可确定蜗轮的转向 。 由图可知蜗杆旋向为左旋 ,根据 “主动轮左 ( 右) 手 法则”用左手判断 ,四指顺着蜗杆转动方向 ,这时 , 大拇指指向纸面的右侧即为蜗杆轴向力 Fa1 方向 , 因而指向左侧的就是蜗轮圆周力 Ft2 的方向 ,这说 明蜗轮啮合点处的瞬时速度方向向左 , 因而从整 体看 ,蜗轮沿逆时针转动 ; 表示方法如图 b) 所示 。 图2 蜗杆传动的受力分析 由上面的分析过程可以看出 , 已知蜗杆旋向 图4 判断蜗杆的转向 23 期 船 海 工 程 第 38 卷 由前文的分析知道 , 运用 “反手法则” 来确定 蜗轮蜗杆之间的转向关系 ,方法归纳如下 : 1 ) 已知蜗杆转向 , 求蜗轮转向 。左旋蜗杆蜗 轮用右手 ,右旋蜗杆蜗轮用左手 ,四指与蜗杆转向 一致 ,大拇指指向就是蜗轮啮合点处的速度方向 ; 2 ) 已知蜗轮转向 , 求蜗杆转向 。左旋蜗杆蜗 轮用右手 ,右旋蜗杆蜗轮用左手 ,大拇指与蜗轮啮 合点处的速度方向一致 , 四指指向就是蜗杆运动 方向 。 可以看出 , 这两种情况的分析原理 、 方法相 同 ,只不过顺序不同 。 ( 右) 手法则” 的原理 ; 二要能够正确地判断出蜗杆 蜗轮的旋向 。熟练掌握了 “反手法则”不仅能帮 , 助我们轻而易举地判断出蜗轮或蜗杆的转动方 向 ,而且还能让我们通过蜗轮蜗杆之间的转向关 系反过来判断出它们的旋向 , 这一点在减速器中 有实际意义 ,我们能够通过两轴间的转向关系知 道蜗杆蜗轮或斜齿轮的旋向 。 参考文献 [ 1 ] 杨元凤 . 机械设计课程教学方法研究与实践 [J ] . 沈 阳工程学院学报 ,2006 ,2 ( 1) :97 - 99. [ 2 ] 郭祖平 . 轮机工程基础 [ M ] . 大连 : 大连海事大学出版 3 结语 “反手法则” 的基本原理仍然是 “主动轮左 ( 右) 手法则” 的内容 ,要正确 、 熟练地运用 “反手法 则”关键在于两点 : 一要从根本上掌握 , “主动轮左 ( 上接第 17 页) [ 8 ] Lee - Part ridge J . E , Info rmationtechnology manage2 ment : t he case of t he Po rt of Singapo re. Aut ho rity ume :9 ,Issue : L ,March ,2000. [ 9 ] 李新成 ,杨公训 ,邹恒义等 . WEB GIS 技术开发与应用 社 ,2000. [ 3 ] 陈立德 . 机械设计基础 [ M ] . 北京 : 高等教育出版社 , 2004. [ 10 ] 杜 . 一个港口业务系统的设计与实现 [J ] . 交通 新 [ 11 ] 杨洪芹 . 一个轮驳调度管理系统 [J ]. 交通与计算机 , 1996 ,12 ,14 (6) :39243. 24 [J ]. Joumal of Stlategie Informatio n Systems. Vol2 [J ] . 现代电子技术 ,2004 ,10 ( 177) :36238. 与计算机 ,2000 ,1 (18) :43245.
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