200px-GearBoxRotLinScrew.gif 螺旋(screw)通常是表面具有凹凸不平呈螺旋线型条纹的圆柱体或圆孔体,称这种圆柱体为“螺杆”、圆孔体为“螺母”、螺旋线型条纹为“螺纹”。螺杆的螺纹称为“外螺纹”,螺杆分为外螺纹与“杆轴”两部分。螺母的螺纹称为“内螺纹”。内外螺纹互相匹配的螺母与螺杆共同组成一对“螺旋副”。


螺旋机制能够将旋转运动变换为直线运动、将力矩变换为直线力。借着这传递作用力的机制,作用力可以被放大,施加较小的旋转力(力矩)于杆轴可以变换为较大的轴向力。螺距是两条邻近螺纹之间的轴向距离。螺距越小,则机械利益越大,即输出力与输入力的比例越大。

20151016151322.jpg 展示螺旋运作机制的这台机械,是由螺杆、螺母、曲柄共同组成,螺母固定不动于座架。当旋转机械右端的曲柄时,螺杆会顺着螺纹做旋转运动,同时沿着杆轴以直线通过螺母。


螺旋是六种简单机械之中最晚发明的一种。螺旋最早出现于古希腊时期。历史学者认为阿基米德或塔兰托的阿基塔斯(428 - 347 BC)可能是螺旋的发明者。



用途
  • 应用螺旋的自锁性质(稍后会有详细解释),螺纹紧固器使用螺旋来紧固几个物体在一起。例如,木螺钉,板金钉、螺栓与螺帽等等。
  • 自锁性质是螺旋在很多应用方面的关键性质。例如,螺旋盖、虎钳、C形夹、螺旋千斤顶等等。
  • 螺旋可以用为机械里传输功率的连杆组。例如蜗轮、导螺杆、滚珠螺杆等等。由于效率较低,螺旋连杆组很少用来传输高功率,比较常见于低功率、间歇性的用法,例如,位置执行器。
  • 将螺旋曲面绕着旋转轴做旋转运动来移动物料,例如,阿基米德式螺旋抽水机、螺旋钻、螺旋输送机。
  • 使用精密校准螺旋,测微器可以准确地测量长度。

自锁性质
      由于在螺纹与螺纹之间,有大面积的滑动接触面,大多数螺旋机械会具有“自锁性质”──施加力矩于杆轴会促使杆轴旋转,但是逆反过来,对着轴杆施加轴向负载力,并不会促使螺杆逆旋转。

      这性质与其它一些简单机械明显不同,例如,杠杆就是一种可以双向运作的机械;假若作用于抗力点的负载力过大,则杠杆会朝逆反方向运动,做功于施力(施力会做负功)。大多数螺旋机械都设计为具有自锁性质,假若没有力矩作用于杆轴,则会停止不动。但是,有些螺距较长、润滑良善的螺旋机械不具有自锁性。

gripper_s.jpg Makeblock机械爪的设计使用了螺旋结构。它由一个带螺杆的N10减速电机执行张开和闭合动作。由于具备螺旋结构的自锁特性,机械爪的夹持能力非常强劲。

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