基于自鎖蝸桿傳動人工反行程操作裝置的設計

羅曉龍，喻強，熊武，周紹明

(江西五十鈴汽車有限公司，江西南昌 330000）

基于自鎖蝸桿傳動人工反行程操作裝置的設計

羅曉龍，喻強，熊武，周紹明

(江西五十鈴汽車有限公司，江西南昌 330000）

在機電設備的研發設計中，蝸桿傳動由于傳動比大、傳動平穩、噪聲小、結構緊湊以及獨特的自鎖性能被廣泛應用于各類單向傳動的機械裝置中，但自鎖性能同時決定了機電設備在失電狀態下無法通過人工逆向操作使其執行機構復位，造成設備的暫時性“癱瘓”，極大地影響了設備的使用效率。因此在蝸桿傳動的基礎上，針對其自鎖性能的不可逆性，展開相關研究，設計出一種在失電狀態下可人工反行程操作的摩擦傳動裝置。

自鎖蝸桿；反行程；人工操作

蝸桿傳動是一種在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的裝置。當蝸桿的導程角小于嚙合輪齒間的當量摩擦角時，蝸桿傳動便具有自鎖性，即蝸桿只能帶動蝸輪傳動，而蝸輪不能帶動蝸桿轉動，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械設備中執行機構的定位問題，被廣泛應用于工程設計的各類傳動系統中。但同時在一定程度上影響了人機的交互性能，當機電設備遭遇失電等緊急狀況時，由于在傳動裝置中采用了蝸桿傳動，將導致執行機構滯留在失電瞬間的狀態，無法通過人工操作將其復位，極大地影響了設備的使用及運輸［3］。

因此，如何充分利用蝸桿傳動的自鎖性能且同時避免因失電造成的設備癱瘓成為機電設備的設計中亟待解決的一大難題。

1 人工反行程操作裝置的結構設計

目前國內設計人員在擬定機械傳動系統方案時，對于設計要求中實現傳動比大、結構緊湊、噪聲小的定位裝置都會優先考慮蝸桿傳動，而針對其執行機構的失電滯停問題，往往在傳動系統中簡單地增加過渡齒輪裝置予以解決［4］，比如某公司新研發的新一代車載天線倒伏裝置，其結構簡圖如圖1所示。

圖1 車載天線倒伏裝置

其傳動方式為電機減速器通過蝸桿傳動帶動傳動齒輪及傳動軸轉動，從而實現天線的豎直與倒伏功能。

在車輛的行進過程中，當倒伏裝置因失電故障導致執行機構中的天線角度定位過高，使得裝備車輛無法順利通過涵洞、叢林等障礙時，通過拆卸過渡齒輪，斷開蝸桿傳動與執行機構的連接，從而破壞其自鎖性能，達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題，但是增加了倒伏裝置的橫向尺寸，并且過渡齒輪的拆裝步驟較為繁瑣，同時工作人員在拆卸過渡齒輪的過程中需另一名工作人員進行人工倒伏天線的協同操作，否則在斷開過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］。

因此需要設計一摩擦傳動裝置來替代過渡齒輪，初步設計在一盤形類零件中開一環形的T型槽，傳動軸9通過鍵與其連接，傳動齒輪8則通過螺栓與其相連，傳動軸9與傳動齒輪8采用間隙配合，同時拆除過渡齒輪，將傳動齒輪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題，需將開有T型槽的盤形零件拆分為兩部分，并通過螺釘連接起來。拆分后的零件結構簡圖如圖3所示。

圖3

2 摩擦傳動裝置的工作原理

當倒伏裝置處于正常工作狀態時，傳動齒輪3與8嚙合，通過螺栓的預緊力使摩擦傳動裝置間產生足夠大的摩擦力，使得傳動齒輪8將運動及動力傳遞給開有T型槽的盤形零件，然后通過鍵連接帶動傳動軸9轉動，實現天線的正確定位；當天線倒伏裝置失電異常時，僅需松開擰緊的螺母，此時螺栓可在T型槽內滑動，盤形零件與傳動齒輪8間的摩擦連接失效，從而切斷了傳動軸與蝸輪蝸桿減速器之間的傳動聯系，消除了自鎖定位功能，實現人工豎直與倒伏天線的目的。

3 摩擦傳動裝置在工程設計中的創新性應用

(1）精簡尺寸，使設備小巧并具便攜性

傳統的解決方案一般在機電設備的傳動系統中增加一過渡齒輪裝置，無形中增加了設備的整體尺寸。此摩擦傳動裝置通過螺栓與傳動齒輪相連，僅需在傳動軸上預留出一定的尺寸空間便于開有T型槽的盤形零件安裝定位，此方法不僅縮小了整機的總體尺寸，同時控制了設備的材料成本，具有較強的經濟實用性。

(2）操作簡易，使用效率高

當在設計方案中使用過渡齒輪時［6］，一旦遇到失電異常狀況，必需拆卸過渡齒輪裝置斷開傳動齒輪3與8的連接達到人工倒伏天線的目的；而當電力恢復時，又需將過渡齒輪重新調校至嚙合位置才能保證傳動的正常進行，此方法不但操作復雜且較為繁瑣。而采用此摩擦傳動裝置后，當失電異常時，只需松開螺母，就可解除自鎖定位功能，而當異常狀況解除后，通過擰緊螺母就可輕松將整個傳動線路連接起來，方便快捷，完全符合現代化設備中高效操控的要求。

(3）安全可靠，節約人力

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

4 結束語

通過對自鎖蝸桿傳動中人工反行程操作裝置的結構設計、工作原理及創新性進行詳細分析，設計出一種可替代過渡齒輪的摩擦傳動裝置。該裝置可在一定程度上解決由于自鎖定位功能所導致的失電滯留問題，并具有精簡設備尺寸、提高使用效率及安全可靠等特點。希望此摩擦傳動裝置可以得到廣大工程設計人員的認可并將其應用于各大傳動系統的設計中，同時也為今后解決相關類似的問題提供參考與借鑒。

［1］羅曉龍，賴玉活，高蘭蘭.車載天線倒伏裝置結構設計［J］.機床與液壓，2013，41(10）:28-29.

［2］吳狄，韓國富.蝸桿傳動自鎖分析［J］.沈陽工業大學學報，1995(12）:101－104.

［3］吳狄.蝸輪傳動自鎖可靠性的研究［J］.機械設計與制造，2004(2）:6-7.

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

［5］金勇，金精.高效自鎖傳動［J］.西安交通大學學報，1996(2）:69－75.

［6］丁友偉，陳文.一種凸輪自鎖快夾臺虎鉗的設計與應用［J］.機床與液壓，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，研究方向為機械設計及工藝的研究與創新。E－mail:50987009@qq.com。