劉源

（重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，重慶400044；重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶401331）

一種判定螺旋傳動(dòng)方向的新方法研究

劉源

（重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，重慶400044；重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶401331）

螺旋傳動(dòng)具有省力和自鎖兩大特性，常被用于各類(lèi)起重或加壓裝置、夾具以及調(diào)整測(cè)量機(jī)構(gòu)中。而在螺旋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，螺旋傳動(dòng)的方向判定尤為重要。在以往的螺旋傳動(dòng)方向判定中，多采用的是“左右手定則”來(lái)判斷，此方法在判定不同種類(lèi)的螺旋運(yùn)動(dòng)時(shí)，所獲得的結(jié)論也會(huì)不同，易引發(fā)理解錯(cuò)誤及概念混淆。本文從螺旋傳動(dòng)原理入手，分析出關(guān)于螺旋傳動(dòng)在方向判斷上的一種新解法，并利用實(shí)例講解該方法的使用及其與“左右手定則”的比較判定，從中得出該方法具有簡(jiǎn)單易懂，便于記憶的優(yōu)點(diǎn)。

螺旋傳動(dòng)；方向判定；左右手定則

1 引言

“螺旋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的。其主要功能是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。”[1]因螺旋傳動(dòng)具有省力和自鎖的兩大特性，常被用于各類(lèi)起重或加壓裝置、夾具以及調(diào)整測(cè)量機(jī)構(gòu)中。

“螺旋傳動(dòng)根據(jù)螺桿與螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，可分為以下四種運(yùn)動(dòng)形式：（1）螺母固定不動(dòng)，螺桿回轉(zhuǎn)并作直線運(yùn)動(dòng)；（2）螺桿固定不動(dòng)，螺母回轉(zhuǎn)并作直線運(yùn)動(dòng)；（3）螺桿[2]回轉(zhuǎn)，螺母作直線運(yùn)動(dòng)；（4）螺母回轉(zhuǎn)，螺桿作直線運(yùn)動(dòng)?！?/p>

在目前關(guān)于螺旋傳動(dòng)的方向判定，主要采用的方法為“左右手定則”，即右旋螺紋用右手，左旋螺紋用左手判定。四指彎曲的方向表示螺桿或螺母的轉(zhuǎn)向，大拇指的指向即為螺桿或螺母的移動(dòng)方向。采用此種方法判定上述4種運(yùn)動(dòng)形式時(shí)，1、2兩種運(yùn)動(dòng)形式可以判得正確運(yùn)動(dòng)方向，但3、4兩種運(yùn)動(dòng)形式的實(shí)際方向與判定結(jié)果相反。這樣造成學(xué)生在判定螺旋傳動(dòng)的方向時(shí)，容易產(chǎn)生混淆，發(fā)生錯(cuò)誤。在教學(xué)中，也易造成學(xué)生將螺旋傳動(dòng)的方向判斷與蝸桿傳動(dòng)和斜齒輪傳動(dòng)的受力判斷混為一談，引起錯(cuò)誤。

2 螺旋傳動(dòng)方向判定新解

在生活中，我們都知道，如果要將一顆螺釘擰進(jìn)桌子，從空中垂直于桌面的方向上看，是應(yīng)該順時(shí)針旋轉(zhuǎn)螺釘，才可將其擰入桌內(nèi)，逆時(shí)針則為退出。而生活中，我們所使用的螺紋件多為右旋螺紋，由此可得結(jié)論：

（1）桿轉(zhuǎn)：（螺釘上為外螺紋，視其為螺桿，螺釘旋轉(zhuǎn)即桿轉(zhuǎn)）

（2）右：（右旋螺紋）

（3）順：（順時(shí)針旋轉(zhuǎn)）

（4）近：（從上往下看，可將螺釘頭與桌面視為頭部，二者距離在逐漸靠近）

也即是：桿轉(zhuǎn)、右、順、近。

而當(dāng)螺釘退出桌面時(shí)，二者頭部為逐漸遠(yuǎn)離，即：桿轉(zhuǎn)、右、逆、遠(yuǎn)。

如果需要將一顆螺母擰入到螺釘中，在生活中，我們都應(yīng)該知道，從螺釘頭部向下看，需要將螺母逆時(shí)針旋入，也即為：母轉(zhuǎn)（螺母旋轉(zhuǎn)）、右、逆、近。

綜合其他情況之后，我們可以得出這樣的結(jié)果：

（1）桿轉(zhuǎn)、右、順、近

（2）桿轉(zhuǎn)、右、逆、遠(yuǎn)

（3）桿轉(zhuǎn)、左、順、遠(yuǎn)

（4）桿轉(zhuǎn)、左、逆、近

（5）母轉(zhuǎn)、右、順、遠(yuǎn)

（6）母轉(zhuǎn)、右、逆、近

（7）母轉(zhuǎn)、左、順、近

（8）母轉(zhuǎn)、左、逆、遠(yuǎn)

且結(jié)合上面所提到的4種運(yùn)動(dòng)形式來(lái)看，其中1、3兩種運(yùn)動(dòng)形式，經(jīng)驗(yàn)證后符合桿轉(zhuǎn)（即1,2,3,4）的結(jié)果，2、4兩種運(yùn)動(dòng)形式符合母轉(zhuǎn)（即5,6,7,8）的結(jié)果。

另外，通過(guò)觀察這8個(gè)結(jié)論，我們可以得出在已知任何三個(gè)條件下，即可判定出所需結(jié)果。比如，已知（桿轉(zhuǎn)、右、順）這三個(gè)條件，即可得到結(jié)論（近）或已知（桿轉(zhuǎn)、順、近）這三個(gè)條件，即可得結(jié)論（右），且在（桿轉(zhuǎn)或母轉(zhuǎn)、右旋或左旋、順時(shí)針或逆時(shí)針、接近或遠(yuǎn)離）這4個(gè)條件下，任意的改變一個(gè)條件，即可得到結(jié)論改變；任意改變兩個(gè)條件，結(jié)論不變；改變?nèi)齻€(gè)條件，結(jié)論又會(huì)改變。這樣的話，只要我們記住生活中最基本的情況，也即是桿轉(zhuǎn)、右旋、順時(shí)針、接近，就可以推導(dǎo)出其他的變化情況。并且即使觀察方向改變，也一樣可以得到正確結(jié)果。

3 螺旋傳動(dòng)方向判定應(yīng)用

3.1 應(yīng)用1

如圖1所示，一機(jī)床刀架進(jìn)給機(jī)構(gòu)（右旋），螺桿轉(zhuǎn)向如圖，試求B物體移動(dòng)方向。

圖1 機(jī)床刀架進(jìn)給機(jī)構(gòu)

（1）采用“左右手定則”：因圖1為右旋螺紋，故用右手，4個(gè)手指彎曲方向與圖示轉(zhuǎn)向保持一致，大拇指指向即為移動(dòng)方向，由此得B物體水平向左移動(dòng)。

（2）按新解法。根據(jù)圖示情況可得：桿轉(zhuǎn)，右旋，按視線方向可得桿按逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。即桿轉(zhuǎn)、右旋、逆時(shí)針、結(jié)論為（遠(yuǎn)）。桿被機(jī)架固定，不能移動(dòng)，故應(yīng)為B物體向右移動(dòng)。

由此可得2種方法結(jié)論相反，而這2種方法都沒(méi)有錯(cuò)，為什么所得結(jié)論不同呢？仔細(xì)觀察后，會(huì)發(fā)現(xiàn)此圖所示運(yùn)動(dòng)形態(tài)與前面所說(shuō)的第3種運(yùn)動(dòng)形態(tài)相同，即螺桿回轉(zhuǎn)，螺母作直線運(yùn)動(dòng)。而在此種情況下，用“左右手定則”判定的結(jié)果會(huì)與實(shí)際方向相反。即B物體實(shí)際應(yīng)向右移動(dòng)。在實(shí)際工作中，采用“左右手定則”常常會(huì)因?yàn)楹雎粤诉\(yùn)動(dòng)形態(tài)，而導(dǎo)致判斷錯(cuò)誤。而用新解法則不論螺紋件是何運(yùn)動(dòng)形態(tài)，都不易出現(xiàn)錯(cuò)誤。

2.2 應(yīng)用2

如圖2所示，一右旋單螺旋機(jī)構(gòu)，螺桿轉(zhuǎn)向如圖，試求螺桿1移動(dòng)方向。

圖2 單螺旋機(jī)構(gòu)

（1）由視線方向1看該機(jī)構(gòu)，所得螺桿轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針，且為桿轉(zhuǎn)，右旋，因此可得結(jié)論為遠(yuǎn)離。即頭部1與頭部2遠(yuǎn)離。由于2為機(jī)架（固定不動(dòng)），故判得1螺桿的移動(dòng)方向如圖水平指向左。

（2）由視線方向2看該機(jī)構(gòu)，所得螺桿轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針，且為桿轉(zhuǎn)，右旋，因此可得結(jié)論為接近。由于此時(shí)視線關(guān)系，螺桿1的尾部變?yōu)轭^部3（即與視線最接近的物體部位視為頭部）。依照結(jié)論，此時(shí)頭部3與頭部2接近，由于2為機(jī)架（固定不動(dòng)），故判得1螺桿的移動(dòng)方向如圖水平指向左。

由此可看出，不論從物體的哪一端觀察，采用此方法都可以得出相同結(jié)果。

2.3 應(yīng)用3

如圖所示一螺旋機(jī)構(gòu)，已知B處螺旋副為右旋螺紋，導(dǎo)程SB=3.0mm，現(xiàn)欲使2螺母按圖示方向旋轉(zhuǎn)一圈，1螺桿上升0.1mm，試求A螺旋副的旋向與導(dǎo)程SA。

圖3 雙螺旋機(jī)構(gòu)

如圖3所示為一雙螺旋機(jī)構(gòu)，由視線方向看：2螺母的轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針，B副為右旋，且在B螺旋副處2螺母上為外螺紋，故為桿轉(zhuǎn)，因此得桿轉(zhuǎn)、右旋、逆時(shí)針、結(jié)論為遠(yuǎn)離，故頭部2與頭部3遠(yuǎn)離，因3物體為機(jī)架固定不動(dòng)，所以2螺母應(yīng)向下移動(dòng)，并帶動(dòng)1螺桿向下移動(dòng)。而題中所要求為1螺桿上升0.1 mm，故1螺桿必須相對(duì)2螺母上升，也即是頭部1與頭部2接近。且2螺母與1螺桿配合時(shí)其上為內(nèi)螺紋，故為母轉(zhuǎn)。且由視線方向看，2的轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針。所以所得情況為（母轉(zhuǎn)、逆時(shí)針、接近），由此推出結(jié)論，A處為右旋，因A、B兩處螺旋副皆為右旋，故該機(jī)構(gòu)為差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)。代入差動(dòng)螺旋求解公式，求解SA:設(shè)SA方向?yàn)檎?/p>

故得解：A螺旋副的旋向?yàn)橛倚?，?dǎo)程SA=3.1mm。

4 結(jié)論

掌握螺旋機(jī)構(gòu)的方向判定，也即是掌握螺旋機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)行原理，對(duì)于螺旋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有非常重要的意義。本文所介紹的螺旋機(jī)構(gòu)方向判定的新方法，是根據(jù)螺旋傳動(dòng)的4大要素（回轉(zhuǎn)零件，螺紋旋向，回轉(zhuǎn)方向，移動(dòng)方向）來(lái)提出的，在實(shí)際判斷中，只需記憶最常見(jiàn)的(桿轉(zhuǎn)，右旋，順時(shí)針，接近)這4條即可。當(dāng)實(shí)際工作條件改變時(shí)，所求結(jié)果也隨之改變。任意改變一個(gè)條件，即可得到結(jié)論改變；任意改變兩個(gè)條件，結(jié)論不變；改變?nèi)齻€(gè)條件，結(jié)論改變。采用此方法可以在已知任何三個(gè)條件的情況下，求出所剩的另一個(gè)條件，不僅可以求螺旋傳動(dòng)方向，還可以求回轉(zhuǎn)方向或螺紋件旋向等情況，具有簡(jiǎn)單易懂，便于記憶的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際教學(xué)中，取得了較好的效果。

[1]陳立德.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]唐金松.簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

責(zé)任編輯 李燕

TH16

A

1674－5787（2011）01－0165－02

2010-09-30

劉源（1972—),男，重慶市人，重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，講師，現(xiàn)就讀于重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院高師碩士班。