蜗杆传动机构运动方向判别的教学探讨*

◆余江鸿

作者：余江鸿，湖南工业大学（412007）。

蜗杆传动机构是一种常用的机械传动方式，其结构原理是机械原理和机械设计基础课程所涉及的一个知识点。蜗杆传动机构亦称为蜗轮蜗杆机构或蜗轮机构，其实质上是交错轴斜齿轮机构的正交传动，交错角通常采用90°，由蜗杆、蜗轮和机架组成。蜗杆可认为是一个齿数少、直径小、轴向长度较大、螺旋角β1很大的斜齿轮；而蜗轮齿数较多、直径大、螺旋角β2很小，可视为一个宽度不大的斜齿轮。蜗杆传动机构具有承载能力大、传动平稳、振动冲击小等特点。在机械原理和机械设计基础课程教学过程中，蜗杆传动机构的旋向及运动方向判别是一个重要的教学内容，教材上提供的判别方法基本都是传统的左右手法则。本文将在该方法基础上，总结教学过程中的经验，介绍速度矢量图法和三角形法，以加深学生对蜗杆传动机构的理解，同时可作为教学参考。

1 左右手法则

根据左右手法则判别蜗杆传动机构运动方向时，须先判定蜗杆和蜗轮的旋向。可用如下方法判别旋向：如图1所示，沿蜗杆或蜗轮轴线来观察轮齿线，若轮齿线右方高，则为右旋；反之为左旋。可通俗表达为：使蜗杆或蜗轮轴线沿铅垂方向（蜗杆立放，蜗轮平放），观察齿形，左边高则为左旋，右边高则为右旋。同时交错角为90°时，根据蜗杆蜗轮正确啮合条件，蜗杆和蜗轮旋向应一致。

在确定了旋向后，蜗杆和蜗轮转向的判别方法为：左旋蜗杆用左手，右旋蜗杆用右手，四指沿蜗杆转向，大拇指反方向为啮合点处蜗轮转向。如图2所示，P 点为蜗杆和蜗轮瞬时啮合点，蜗杆螺旋线旋向为右旋，用右手四指沿蜗杆运动方向握拳，大拇指所指反方向为P 点运动方向，即P 点方向朝左，据此可判断蜗轮运动方向为顺时针。

2 速度矢量图法

同样如图2所示，以蜗轮2 上的P 点为动点，以蜗杆1为动系，由相对运动原理可知：

式中，v2为蜗轮上圆周速度，v1为蜗杆圆周速度，vs为相对滑动速度，其方向沿蜗杆螺旋线方向。根据速度合成原理，可作速度矢量图如图3所示，可判断蜗轮上P 的速度方向，因此蜗轮转向为顺时针。

3 三角形法

对于左右手法则，机械类或非机械类学生都可以正确使用。对于速度矢量图法，对非机类学生使用起来则较困难。结合教学实践，可将速度矢量图法进一步简化为三角形法。

具体判别方法为：画一直角三角形，斜边代表蜗杆旋向指示线，两条直角边代表蜗杆和蜗轮的运动方向；如图4所示，P 点为蜗杆和蜗轮啮合点，三角形斜边为向左倾斜的一条线段（蜗杆实际旋向是右旋），一条直角边代表蜗杆运动方向垂直向下，则另一条直角边代表蜗轮上P 点运动方向水平向左，据此判断蜗轮转向为顺时针。三角形中，两直角边的指向原则为：箭头相对或箭头相背。

运用三角形法过程中，需注意斜边代表蜗杆旋向的指示线而不是蜗杆的实际旋向，实际判别时可直接在蜗杆上绘图，也可根据蜗轮运动方向判定蜗杆运动方向。如图5（a）和图5（b）所示蜗杆传动机构判别，结合蜗杆蜗轮的具体位置，可判别（a）图中蜗轮转向为逆时针，（b）图中蜗轮转向为顺时针。

4 结语

蜗杆传动机构运动方向的判别方法中，左右手法则是传统方法，适合所有专业学生使用；速度矢量图法适合于机械类学生使用；在速度矢量图法基础上提炼出来的三角形法无前期知识要求，适合于所有专业学生，且方便快捷。教学过程中使用多种方法，可加深学生对蜗杆机构传动机构的理解。