基于自锁蜗杆传动人工反行程操作装置的设计

罗晓龙，喻强，熊武，周绍明

(江西五十铃汽车有限公司，江西南昌 330000）

基于自锁蜗杆传动人工反行程操作装置的设计

罗晓龙，喻强，熊武，周绍明

(江西五十铃汽车有限公司，江西南昌 330000）

在机电设备的研发设计中，蜗杆传动由于传动比大、传动平稳、噪声小、结构紧凑以及独特的自锁性能被广泛应用于各类单向传动的机械装置中，但自锁性能同时决定了机电设备在失电状态下无法通过人工逆向操作使其执行机构复位，造成设备的暂时性“瘫痪”，极大地影响了设备的使用效率。因此在蜗杆传动的基础上，针对其自锁性能的不可逆性，展开相关研究，设计出一种在失电状态下可人工反行程操作的摩擦传动装置。

自锁蜗杆；反行程；人工操作

蜗杆传动是一种在空间交错的两轴间传递运动和动力的装置。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性，即蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动，工程中常称为反行程自锁［1－2］。

反行程自锁功能成功地解决了机械设备中执行机构的定位问题，被广泛应用于工程设计的各类传动系统中。但同时在一定程度上影响了人机的交互性能，当机电设备遭遇失电等紧急状况时，由于在传动装置中采用了蜗杆传动，将导致执行机构滞留在失电瞬间的状态，无法通过人工操作将其复位，极大地影响了设备的使用及运输［3］。

因此，如何充分利用蜗杆传动的自锁性能且同时避免因失电造成的设备瘫痪成为机电设备的设计中亟待解决的一大难题。

1 人工反行程操作装置的结构设计

目前国内设计人员在拟定机械传动系统方案时，对于设计要求中实现传动比大、结构紧凑、噪声小的定位装置都会优先考虑蜗杆传动，而针对其执行机构的失电滞停问题，往往在传动系统中简单地增加过渡齿轮装置予以解决［4］，比如某公司新研发的新一代车载天线倒伏装置，其结构简图如图1所示。

图1 车载天线倒伏装置

其传动方式为电机减速器通过蜗杆传动带动传动齿轮及传动轴转动，从而实现天线的竖直与倒伏功能。

在车辆的行进过程中，当倒伏装置因失电故障导致执行机构中的天线角度定位过高，使得装备车辆无法顺利通过涵洞、丛林等障碍时，通过拆卸过渡齿轮，断开蜗杆传动与执行机构的连接，从而破坏其自锁性能，达到人工倒伏天线的目的。此方法虽然解决了因自锁定位功能造成的失电滞停问题，但是增加了倒伏装置的横向尺寸，并且过渡齿轮的拆装步骤较为繁琐，同时工作人员在拆卸过渡齿轮的过程中需另一名工作人员进行人工倒伏天线的协同操作，否则在断开过渡齿轮的瞬间天线将由于失去自锁定位功能急坠下降，造成天线及倒伏装置的损坏［5］。

因此需要设计一摩擦传动装置来替代过渡齿轮，初步设计在一盘形类零件中开一环形的T型槽，传动轴9通过键与其连接，传动齿轮8则通过螺栓与其相连，传动轴9与传动齿轮8采用间隙配合，同时拆除过渡齿轮，将传动齿轮8与3直接啮合，此装置的三维模型如图2所示。

图2 三维装配图

考虑到T型槽的加工及螺栓的放置问题，需将开有T型槽的盘形零件拆分为两部分，并通过螺钉连接起来。拆分后的零件结构简图如图3所示。

图3

2 摩擦传动装置的工作原理

当倒伏装置处于正常工作状态时，传动齿轮3与8啮合，通过螺栓的预紧力使摩擦传动装置间产生足够大的摩擦力，使得传动齿轮8将运动及动力传递给开有T型槽的盘形零件，然后通过键连接带动传动轴9转动，实现天线的正确定位；当天线倒伏装置失电异常时，仅需松开拧紧的螺母，此时螺栓可在T型槽内滑动，盘形零件与传动齿轮8间的摩擦连接失效，从而切断了传动轴与蜗轮蜗杆减速器之间的传动联系，消除了自锁定位功能，实现人工竖直与倒伏天线的目的。

3 摩擦传动装置在工程设计中的创新性应用

(1）精简尺寸，使设备小巧并具便携性

传统的解决方案一般在机电设备的传动系统中增加一过渡齿轮装置，无形中增加了设备的整体尺寸。此摩擦传动装置通过螺栓与传动齿轮相连，仅需在传动轴上预留出一定的尺寸空间便于开有T型槽的盘形零件安装定位，此方法不仅缩小了整机的总体尺寸，同时控制了设备的材料成本，具有较强的经济实用性。

(2）操作简易，使用效率高

当在设计方案中使用过渡齿轮时［6］，一旦遇到失电异常状况，必需拆卸过渡齿轮装置断开传动齿轮3与8的连接达到人工倒伏天线的目的；而当电力恢复时，又需将过渡齿轮重新调校至啮合位置才能保证传动的正常进行，此方法不但操作复杂且较为繁琐。而采用此摩擦传动装置后，当失电异常时，只需松开螺母，就可解除自锁定位功能，而当异常状况解除后，通过拧紧螺母就可轻松将整个传动线路连接起来，方便快捷，完全符合现代化设备中高效操控的要求。

(3）安全可靠，节约人力

在拆卸过渡齿轮的过程中，同时需另一名工作人员进行天线倒伏的协同操作，防止因天线瞬间下落造成设备的损坏；而采用摩擦传动装置后，人工倒伏天线的灵活度完全取决于摩擦传动装置中摩擦力的大小，因此当单人操作时，可逐步松开拧紧螺母直到可人工倒伏天线时为止，此方法不仅可防止天线的急坠破坏，同时可节约一定的人力资源。

4 结束语

通过对自锁蜗杆传动中人工反行程操作装置的结构设计、工作原理及创新性进行详细分析，设计出一种可替代过渡齿轮的摩擦传动装置。该装置可在一定程度上解决由于自锁定位功能所导致的失电滞留问题，并具有精简设备尺寸、提高使用效率及安全可靠等特点。希望此摩擦传动装置可以得到广大工程设计人员的认可并将其应用于各大传动系统的设计中，同时也为今后解决相关类似的问题提供参考与借鉴。

［1］罗晓龙，赖玉活，高兰兰.车载天线倒伏装置结构设计［J］.机床与液压，2013，41(10）:28-29.

［2］吴狄，韩国富.蜗杆传动自锁分析［J］.沈阳工业大学学报，1995(12）:101－104.

［3］吴狄.蜗轮传动自锁可靠性的研究［J］.机械设计与制造，2004(2）:6-7.

［4］薛克寰，都绍峰.一种多点浮动夹紧可自锁夹具［J］.组合机床与自动化加工技术，2001(7）:40－42.

［5］金勇，金精.高效自锁传动［J］.西安交通大学学报，1996(2）:69－75.

［6］丁友伟，陈文.一种凸轮自锁快夹台虎钳的设计与应用［J］.机床与液压，2009，37(10）:280，272.

Design of Reverse Device of Manual Operation Based on Self-locking Worm Drive

LUO Xiaolong，YU Qiang，XIONGWu，ZHOU Shaoming
(Jiangxi ISUZU Motors Co.，Ltd.，Nanchang Jiangxi330000，China）

Because of the high transmission ratio，smooth，low noise，compact structure and a unique self-locking performance of theworm drive，it iswidely used in all kinds of one-way transmissionmechanism in the research and developmentand design of electromechanical device.But the electromechanical device unable resettingwasmade by its self-locking performance throughmanual reverse operation in de-energized state at the same time，which result the temporary“paralysis”of themachine.The efficiency of themachine was greatly reduced in the use of the equipment.Therefore，aiming at the irreversibility of the self-locking performance on the basis of the worm drive，relative research has been carried out to develop a friction drive device which can be operated bymanual return trace in de-energized state.

Self-locking worm；Return trace；Manual operation

TH132

B

1001－3881(2014）10－077－2

10.3969/j.issn.1001-3881.2014.10.023

2013－05－03

罗晓龙 (1988—）男，硕士，工程师，研究方向为机械设计及工艺的研究与创新。E－mail:50987009@qq.com。