蜗轮旋向的判定
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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、自锁性好等特点,在机床、汽车、
仪器、冶金机械及起重机械中得到广泛应用[1]。
通常蜗轮蜗杆传动
中,蜗杆为主动件,蜗轮为从动件,
普通蜗杆传动可看作是从斜齿轮-螺旋传动-蜗杆传动演变而得到的。
单从形状上看,
蜗杆类似于梯形螺纹,而蜗轮则类似于具有特殊形状的斜齿轮,所以普通蜗杆传动就其本质而言,可看作是一对斜齿轮的啮合传动[2]。
关于斜齿轮的传动,由于有前面学习直齿的基础,
学生们理解起来并不是特别的困难。
直齿与斜齿最主要的差别在于螺旋角β,
即在齿轮齿面形成的过程中,发生线与基圆柱轴线之间的夹角。
从这
个角度来说,直齿圆柱齿轮可视为斜齿轮的一种特例,
即螺旋角β=0°[3]。
正是由于有螺旋角β的存在,
使得斜齿轮在进行受力分析之前要先进行一个步骤——
—齿轮旋向的判定。
1斜齿齿轮的旋向的判定
齿轮旋向的判定遵循螺旋传动的一般规律,
即:将所要判断的齿轮沿轴线方向竖直放立(如图1
中的(a )、(b )所示)
,观察其中一个斜齿的齿形走向。
如果齿形走向为
由左上到右下
(如图1(a )所示),则为左旋齿轮;
反之(如图1(b )所示),则为右旋齿轮。
也可简单的记为:左高左旋,右高右旋。
对齿轮旋向
进行正确的判定是我们进行下一
步分析的基础。
2斜齿齿轮的受力分析
前面提过,从螺旋角β的角度来说,直齿圆柱齿轮可视为斜齿
轮的一种特例,换句话说,斜齿是直齿的一般形式,
所以直齿轮所具有的径向力F r 、
切向力F t ,斜齿轮同样具有。
而且,由于螺旋角β的存在,斜齿轮相较于直齿轮还
“多”了一个分力———轴向力F a 。
对于径向力F r 、
切向力F t 方向的判定与直齿轮一样:径向力F r 指向各自的轮心;切向力F t ,对于主动轮来说,F t 是阻力,
所以F t 的方向与齿轮的转向相反,对于从动轮来说,
F t 是动力,F t 的方向与齿轮的转向相同。
对于轴向力F a 的判定,则要用到我们最常说的“主动
轮左、右手螺旋定则”来判定。
具体判定方法如图2所示,首先根据第一步——
—齿轮旋向的判定,得出主动轮的旋向,如为右旋,则用“右手定则”,即右手按齿轮转动方向握轴,
以四指弯曲方向表示主动轴的回转方向,大拇指伸直,与四指垂直,
拇指指向即为主动轮上轴向力的方向;主动轴为左旋时,则应以左手用同样的方法来判定。
主动轮上的轴向力F a 的方向确定以后,
我们从作用力与反作用力角度,可以得出这样的结论:F r1=-F r2
F t1=-F t2
F a1=-F a2
{
3蜗轮蜗杆的旋向判定
前面提过,普通蜗杆传动就其本质而言,
可看作是一对斜齿轮的啮合传动,只不过与普通的斜齿轮传动不同的是,
蜗轮蜗杆的两根轴不是平行的,
而是空间交错90°的。
因此,对于蜗轮蜗杆的受力分析,我们仍可采用和斜齿轮一样的分析方法,
只不过轴的相对位置上要做一定的变化。
仔细观察图2,如果我们将上面的一个齿轮围绕竖直的轴线旋转90°,
即两个齿轮轴线变为空间交错90°。
图2斜齿轮轴向力的判定图图3蜗轮蜗杆轴向力的判定
如图3所示。
此时,对于齿轮的受力情况,
我们和前面的斜齿轮做一个对比。
蜗轮蜗杆仍然分别受到径向力F r 、
切向力F t 和轴向力F a 。
不同的是,对于主动件蜗杆而言,
三个力的判定和图2中斜齿轮的判定方法是一样的。
而对于从对件蜗轮,由于轴线与蜗杆的轴线呈空间交错的90°,因此,从图3可以看到,蜗轮的轴向力F a2与
蜗杆的切向力F t1恰好构成一对作用力与反作用力,
同理,F a1与F t2也构成了另一对作用力与反作用力,即:F r1=-F r2
F t1=-F a2
F a1=-F t2
{
分析到这,再回到我们最初的问题———如何判断蜗轮的旋向?
蜗轮之所以旋转,
是因为有切向力F t2的作用。
对于从动件蜗轮而言,切向力F t2是主动力,因此,蜗轮的旋向与切向力F t2的方向一致。
换
句话说,要想判断蜗轮的旋向,
只要判断出切向力F t2的方向即可。
通过前面的分析可知,
F t2=-F a1,即蜗轮的切向力F t2与蜗杆的轴向力是一对作用力与反作用力,也就是满足
“等值、反向、共线”的条件。
要想判断切向力F t2的方向,
只要判断出蜗杆的轴向力F a1的方向即可。
问题最终归结到蜗杆轴向力的判定。
而对于如何判定蜗
杆的轴向力,前面我们已经详细的阐述过,
即我们常说的“主动轮左、右手螺旋定则”。
4总结
简单的梳理一下我们分析蜗轮旋向的思路:
蜗轮的旋向与切向力F t2相同,
而F t2与蜗杆的轴向力F a1相反,即可得到推论:蜗轮的旋向与蜗杆的轴向力F a1相反。
因此,
我们只要正确地判断出蜗轮的轴向力F a1,即可判断出蜗轮的旋向。
从前面的分析可以看出,不论是直齿、斜齿还是蜗轮蜗杆,对于轮
齿的受力分析都是一脉相承的,先从最简单的直齿入手,
逐渐的加深,最终让学生能够掌握复杂的蜗轮蜗杆的旋向的判定,
这需要教师在教学过程中,循序渐近,把握住学生的认知规律,
正确的引导。
参考文献:
[1]唐昌松.机械设计基础[M].机械工业出版社,
2014.[2]李香琪.一种确定蜗轮蜗杆转向关系的简易方法[J].船海工程,2009,2(1):22-24.
[3]周玉丰.机械设计基础[M].机械工业出版社,2012.
蜗轮旋向的判定
邵卫
徐州工业职业技术学院机电学院
江苏徐州
221140
摘要:文章从蜗轮蜗杆的受力分析角度入手,得出蜗轮的旋向与受力之间的联系,
从而可以快速的判断蜗轮的旋向。
关键词:蜗轮蜗杆;
旋向;左右手螺旋定则图1斜齿齿轮旋向的判定(a)(b)·249·
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