“左（右）手法则”在《机械设计基础》中的应用

2010-07-10李付君

时代农机 2010年3期

李付君

（山东交通职业学院机电工程学院，山东潍坊 261206）

物理学中，“左手法则”用来判断磁场中通电导体的受力方向，“右手法则”用来来判断切割磁力线的导体产生的电流方向。然而，在机械设计基础的学习中，巧妙的利用“左（右）手法则”，将大大加深对相关知识的理解与掌握。

1 “左（右）手法则”判断旋向

螺纹、斜齿轮、蜗轮及蜗杆均有左、右旋向之分，对于初学者来说，仅从以上零件的平面图或者立体图很难正确的判断出旋向，因此我们可以用“左（右）手法则”判断：伸出右手，手心向外，四指指向轴线方向，若螺旋线的倾斜方向和右手拇指的方向相同，则为右旋。反之，若螺旋线的倾斜方向和左手拇指的的指向相同，则为左旋。根据左（右）手法则，螺纹、斜齿轮、蜗轮蜗杆的旋向分别如图1、图2、图3所示。

图1 螺纹的旋向

图2 斜齿轮旋向

图3 蜗轮蜗杆旋向

2 “左（右）手法则”判断轴向力方向

在斜齿轮和蜗轮蜗杆传动中，利用“左（右）手法则”可方便地判断主动件轴向力的方向。首先利用“左（右）手法则”判断出主动件的旋向，然后根据左旋用左手，右旋用右手，弯曲的四指指向主动件旋转的方向，拇指的指向即为主动件的轴向力方向。本法则只适用于主动轮轴向力方向的判断，而从动轮轴向力的方向根据作用力与反作用力的关系就很容易的判断出来。

2.1 斜齿轮传动轴向力方向的判断

如图4所示，忽略齿面间的摩擦力，作用在斜齿圆柱齿轮齿面上齿宽中点处的法向力Fn1可分解为径向力Fr1，切向力Ft1以及轴向力Fa1，其中径向力Fr1的方向指向齿轮轮心，切向力Ft1的方向与受力点运动方向相反。而轴向力Fa1的方向可通过左（右）手法则判断：首先，根据“左（右）手法则”判断出图示斜齿轮为左旋，然后伸出左手，弯曲的四指指向图示齿轮的转向（顺时针），则左手拇指的指向即为轴向力Fa1的方向，如图4所示。

图4 斜齿轮轴向力方向判断

2.2 蜗杆传动轴向力方向的判断

蜗杆传动中，蜗杆与蜗轮两轴相交为90°，其受力分析与斜齿轮传动相似。图5为一下置式蜗杆传动，蜗杆为主动件，旋向为右旋，按图示方向逆时针转动。由图5可知，作用在蜗杆齿面的法向力Fn可分解为三个互相垂直的分力：径向力Fr1、切向力Ft1以及轴向力Fa1。其中Fr1的方向指向蜗轮轮心，Ft1的方向与受力点运动方向相反，Fa1的方向可利用前述 “左（右）手法则”判断：因图示为右旋蜗杆，故用右手握住蜗杆，四指指向蜗杆旋转方向（逆时针），右手拇指的指向即为轴向力Fa1的方向。

图5 蜗轮蜗杆轴向力

由于蜗杆的切向力Ft1、轴向力Fa1、径向力Fr1分别与蜗轮的轴向力Fa2、切向力Ft2、径向力Fr2分别互为作用力与反作用力的关系，故Fa2、Ft2、Fr2的方向可由作用力与反作用力原理方便的确定出来。

在有些题型中如果已知从动蜗轮的转向和主动蜗杆的旋向，我们可以逆向应用“左（右）手法则”将主动件的转向判断出来。如图6（a）所示，已知蜗杆为主动件，旋向如图所示并已知蜗轮逆时针旋转，要求判断出蜗杆的转向。首先我们可以应用“左（右）手法则”判断出蜗杆为右旋，而已知蜗轮逆时针旋转，故蜗轮在接触点处的切向力Ft2水平向右，由此判断出蜗杆在接触点处的轴向力Fa1水平向左，进而逆向应用“左（右）手法则”判断出蜗杆从外向里转，如图6（b）所示。