羅曉龍，喻強(qiáng)，熊武，周紹明

(江西五十鈴汽車有限公司，江西南昌 330000）

基于自鎖蝸桿傳動(dòng)人工反行程操作裝置的設(shè)計(jì)

羅曉龍，喻強(qiáng)，熊武，周紹明

(江西五十鈴汽車有限公司，江西南昌 330000）

在機(jī)電設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)中，蝸桿傳動(dòng)由于傳動(dòng)比大、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小、結(jié)構(gòu)緊湊以及獨(dú)特的自鎖性能被廣泛應(yīng)用于各類單向傳動(dòng)的機(jī)械裝置中，但自鎖性能同時(shí)決定了機(jī)電設(shè)備在失電狀態(tài)下無(wú)法通過(guò)人工逆向操作使其執(zhí)行機(jī)構(gòu)復(fù)位，造成設(shè)備的暫時(shí)性“癱瘓”，極大地影響了設(shè)備的使用效率。因此在蝸桿傳動(dòng)的基礎(chǔ)上，針對(duì)其自鎖性能的不可逆性，展開(kāi)相關(guān)研究，設(shè)計(jì)出一種在失電狀態(tài)下可人工反行程操作的摩擦傳動(dòng)裝置。

自鎖蝸桿；反行程；人工操作

蝸桿傳動(dòng)是一種在空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的裝置。當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)便具有自鎖性，即蝸桿只能帶動(dòng)蝸輪傳動(dòng)，而蝸輪不能帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，工程中常稱為反行程自鎖［1－2］。

反行程自鎖功能成功地解決了機(jī)械設(shè)備中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的定位問(wèn)題，被廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)的各類傳動(dòng)系統(tǒng)中。但同時(shí)在一定程度上影響了人機(jī)的交互性能，當(dāng)機(jī)電設(shè)備遭遇失電等緊急狀況時(shí)，由于在傳動(dòng)裝置中采用了蝸桿傳動(dòng)，將導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)滯留在失電瞬間的狀態(tài)，無(wú)法通過(guò)人工操作將其復(fù)位，極大地影響了設(shè)備的使用及運(yùn)輸［3］。

因此，如何充分利用蝸桿傳動(dòng)的自鎖性能且同時(shí)避免因失電造成的設(shè)備癱瘓成為機(jī)電設(shè)備的設(shè)計(jì)中亟待解決的一大難題。

1 人工反行程操作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)人員在擬定機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案時(shí)，對(duì)于設(shè)計(jì)要求中實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、噪聲小的定位裝置都會(huì)優(yōu)先考慮蝸桿傳動(dòng)，而針對(duì)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的失電滯停問(wèn)題，往往在傳動(dòng)系統(tǒng)中簡(jiǎn)單地增加過(guò)渡齒輪裝置予以解決［4］，比如某公司新研發(fā)的新一代車載天線倒伏裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 車載天線倒伏裝置

其傳動(dòng)方式為電機(jī)減速器通過(guò)蝸桿傳動(dòng)帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪及傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)天線的豎直與倒伏功能。

在車輛的行進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)?shù)狗b置因失電故障導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的天線角度定位過(guò)高，使得裝備車輛無(wú)法順利通過(guò)涵洞、叢林等障礙時(shí)，通過(guò)拆卸過(guò)渡齒輪，斷開(kāi)蝸桿傳動(dòng)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的連接，從而破壞其自鎖性能，達(dá)到人工倒伏天線的目的。此方法雖然解決了因自鎖定位功能造成的失電滯停問(wèn)題，但是增加了倒伏裝置的橫向尺寸，并且過(guò)渡齒輪的拆裝步驟較為繁瑣，同時(shí)工作人員在拆卸過(guò)渡齒輪的過(guò)程中需另一名工作人員進(jìn)行人工倒伏天線的協(xié)同操作，否則在斷開(kāi)過(guò)渡齒輪的瞬間天線將由于失去自鎖定位功能急墜下降，造成天線及倒伏裝置的損壞［5］。

因此需要設(shè)計(jì)一摩擦傳動(dòng)裝置來(lái)替代過(guò)渡齒輪，初步設(shè)計(jì)在一盤(pán)形類零件中開(kāi)一環(huán)形的T型槽，傳動(dòng)軸9通過(guò)鍵與其連接，傳動(dòng)齒輪8則通過(guò)螺栓與其相連，傳動(dòng)軸9與傳動(dòng)齒輪8采用間隙配合，同時(shí)拆除過(guò)渡齒輪，將傳動(dòng)齒輪8與3直接嚙合，此裝置的三維模型如圖2所示。

圖2 三維裝配圖

考慮到T型槽的加工及螺栓的放置問(wèn)題，需將開(kāi)有T型槽的盤(pán)形零件拆分為兩部分，并通過(guò)螺釘連接起來(lái)。拆分后的零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示。

圖3

2 摩擦傳動(dòng)裝置的工作原理

當(dāng)?shù)狗b置處于正常工作狀態(tài)時(shí)，傳動(dòng)齒輪3與8嚙合，通過(guò)螺栓的預(yù)緊力使摩擦傳動(dòng)裝置間產(chǎn)生足夠大的摩擦力，使得傳動(dòng)齒輪8將運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力傳遞給開(kāi)有T型槽的盤(pán)形零件，然后通過(guò)鍵連接帶動(dòng)傳動(dòng)軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)天線的正確定位；當(dāng)天線倒伏裝置失電異常時(shí)，僅需松開(kāi)擰緊的螺母，此時(shí)螺栓可在T型槽內(nèi)滑動(dòng)，盤(pán)形零件與傳動(dòng)齒輪8間的摩擦連接失效，從而切斷了傳動(dòng)軸與蝸輪蝸桿減速器之間的傳動(dòng)聯(lián)系，消除了自鎖定位功能，實(shí)現(xiàn)人工豎直與倒伏天線的目的。

3 摩擦傳動(dòng)裝置在工程設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新性應(yīng)用

(1）精簡(jiǎn)尺寸，使設(shè)備小巧并具便攜性

傳統(tǒng)的解決方案一般在機(jī)電設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)中增加一過(guò)渡齒輪裝置，無(wú)形中增加了設(shè)備的整體尺寸。此摩擦傳動(dòng)裝置通過(guò)螺栓與傳動(dòng)齒輪相連，僅需在傳動(dòng)軸上預(yù)留出一定的尺寸空間便于開(kāi)有T型槽的盤(pán)形零件安裝定位，此方法不僅縮小了整機(jī)的總體尺寸，同時(shí)控制了設(shè)備的材料成本，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。

(2）操作簡(jiǎn)易，使用效率高

當(dāng)在設(shè)計(jì)方案中使用過(guò)渡齒輪時(shí)［6］，一旦遇到失電異常狀況，必需拆卸過(guò)渡齒輪裝置斷開(kāi)傳動(dòng)齒輪3與8的連接達(dá)到人工倒伏天線的目的；而當(dāng)電力恢復(fù)時(shí)，又需將過(guò)渡齒輪重新調(diào)校至嚙合位置才能保證傳動(dòng)的正常進(jìn)行，此方法不但操作復(fù)雜且較為繁瑣。而采用此摩擦傳動(dòng)裝置后，當(dāng)失電異常時(shí)，只需松開(kāi)螺母，就可解除自鎖定位功能，而當(dāng)異常狀況解除后，通過(guò)擰緊螺母就可輕松將整個(gè)傳動(dòng)線路連接起來(lái)，方便快捷，完全符合現(xiàn)代化設(shè)備中高效操控的要求。

(3）安全可靠，節(jié)約人力

在拆卸過(guò)渡齒輪的過(guò)程中，同時(shí)需另一名工作人員進(jìn)行天線倒伏的協(xié)同操作，防止因天線瞬間下落造成設(shè)備的損壞；而采用摩擦傳動(dòng)裝置后，人工倒伏天線的靈活度完全取決于摩擦傳動(dòng)裝置中摩擦力的大小，因此當(dāng)單人操作時(shí)，可逐步松開(kāi)擰緊螺母直到可人工倒伏天線時(shí)為止，此方法不僅可防止天線的急墜破壞，同時(shí)可節(jié)約一定的人力資源。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)自鎖蝸桿傳動(dòng)中人工反行程操作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作原理及創(chuàng)新性進(jìn)行詳細(xì)分析，設(shè)計(jì)出一種可替代過(guò)渡齒輪的摩擦傳動(dòng)裝置。該裝置可在一定程度上解決由于自鎖定位功能所導(dǎo)致的失電滯留問(wèn)題，并具有精簡(jiǎn)設(shè)備尺寸、提高使用效率及安全可靠等特點(diǎn)。希望此摩擦傳動(dòng)裝置可以得到廣大工程設(shè)計(jì)人員的認(rèn)可并將其應(yīng)用于各大傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，同時(shí)也為今后解決相關(guān)類似的問(wèn)題提供參考與借鑒。

［1］羅曉龍，賴玉活，高蘭蘭.車載天線倒伏裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與液壓，2013，41(10）:28-29.

［2］吳狄，韓國(guó)富.蝸桿傳動(dòng)自鎖分析［J］.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995(12）:101－104.

［3］吳狄.蝸輪傳動(dòng)自鎖可靠性的研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2004(2）:6-7.

［4］薛克寰，都紹峰.一種多點(diǎn)浮動(dòng)夾緊可自鎖夾具［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2001(7）:40－42.

［5］金勇，金精.高效自鎖傳動(dòng)［J］.西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1996(2）:69－75.

［6］丁友偉，陳文.一種凸輪自鎖快夾臺(tái)虎鉗的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.機(jī)床與液壓，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

羅曉龍 (1988—）男，碩士，工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)及工藝的研究與創(chuàng)新。E－mail:50987009@qq.com。