在去年我们推出了Scartch的系列编程课程，同时预告了后期的Arduino的系列课程，由于目前多种原因，我们的课程体系将修改为有关机械结构原理与应用的相关系列课程——雪豹机械课。雪豹机械课的课程类型将不会是连续性的，我们的每期机械课程将会是独立的，同时我们会在每期机械课的推文下带着做一些与该结构相关的机械小作品。也希望这种课程类型大家可以喜欢。
接下来，我们将进入我们今天的雪豹机械课，今天我们要讲的机械结构是在我们日常生活中极为常见的一种机械结构。由于其独特的结构特性，导致它经常会出现在大型的工业车间、施工现场或机器人的使用中。它能改变旋转的方向，具有很好的降低速度的效果且具有旋转的不可逆性，种种特点奠定了它在现代机械工程中不可替代的位置，许多的工厂、生产线上可都不能少了它，那么它到底是什么呢？（拉动至下方）
它就是我们经常在生活中见到的蜗轮传动结构，可能你对这个名字会比较陌生，但对于下面这些个图片，你肯定都见过。
上面这些照片，是我们在一些生产线上，汽车、火车、飞机等交通工具中都会有所使用的减速机装置，那么它有跟我们今天要讲的蜗杆传动的机械结构有什么关系呢？下面，我们就来看一下这些减速机的解刨图：
解刨图中最关键的结构就是其中的蜗杆和蜗轮（PS：这里的蜗轮是“蜗牛”的“蜗”字，跟我们常说的汽车引擎中的涡轮不是同一个物件，注意千万不要搞混了）两样东西，这也就是我们通常意义上蜗杆传动结构中的最关键的两样组成部分了。接下来，我们来看一下蜗杆传动的过程动态图：
首先我们可以在蜗杆传动的过程图中看到一个该结构的特征，在旋转中，我们的蜗杆和蜗轮的旋转方向并不一致，旋转的位置也是属于异面传动（指在不同平面内的两个物体进行传动）。那之所以能达到这样的传动效果，也是因为蜗杆这一机械组件具有一般齿轮或齿条所不具备的优点，下面我们上图来简单分析一下：
其一：蜗杆是长条的圆柱形为主题，在于齿轮接触过程中可以用侧面作为接触的较大面来进行传动。
其二：蜗杆的齿状结构并不像齿轮一样每个齿之间单独出现，中间没有连接，蜗杆的齿状结构形成一个螺旋状如爬蛇般缠绕在其圆柱的结构体上。
其三：因为螺旋状的特殊齿状结构，使得当蜗杆在进行以圆柱圆形面中心点为旋转中心旋转时，其齿状结构却以圆柱体的高为旋转直线进行直线的运动。改变了旋转的方向，所以在与齿轮咬合时，可带动齿轮进行异面的传动。
那么异面传动的主要优点便在于它可以有效地利用一些细小空间，节省空间去进行一些大型的运动。而蜗杆传动属于其中相对稳定的一种。
那么接下来，我们看完了蜗轮传动结构在方向上的特征，我们来看下其在转速上的特征。首先，最重要的一个点，我们知道蜗轮传动被大量应用在减速机上，这意味着什么？这意味着这是一个减速的传动装置啊！所以当别人问起你蜗轮传动是什么样的一种传动方式时，你的第一反应和第一回答应该都是蜗轮传动是一种减速的传动方式。而这种减速传动方式之所以如此广泛的被运用，就在于其减速上的特殊性。
我们知道减速的装置有减速齿轮组，其之所以能减速是因为其齿数比（此处不明白的同学可以自行上百度查阅，在这里不做过多解读）上的差异，而我们利用越小的齿轮带越大的齿轮便可以达到更慢的减速效果。但有一个问题，那就是空间的占用问题（没错你没看错，又是空间问题），即便我们使用连续的减速齿轮组，其空间的使用也必将成为一个问题。但蜗杆传动却很容易的就达到了普通减速齿轮组占用大量空间才能达到的减速效果。
在上文中我们提到了蜗杆的旋转会使其是上面的齿状结构旋转方向发生改变，有旋转方向改为齿数的直线前进方向，那么我们知道当下面蜗杆旋转几圈时上面的齿轮走几圈吗？下面我们再来看看我们刚才的旋转动态图：
没看出来，再仔细看看。你会观察到下面的蜗杆旋转一圈时，上面的齿轮在旋转了一个齿。有没有感觉很坑人？下面好不容易旋转了一圈，上面居然才旋转了一个齿数，慢到可以令人怀疑人生有木有啊
。不过因为旋转的越慢，它的扭矩（关于扭矩的相关概念我们会在后期的课程中讲到，感兴趣的同学也可以自行查阅相关资料）就会越大，旋转的力量也就越大，也就是我们前面提到的，为什么这个装置为异面传动种较为稳定的一种。
好了，那我们知道蜗杆传动的旋转比例是一圈比一齿，那你知道它为什么会这样旋转吗？下面将会讲一下这种旋转方式的形成原因：由于蜗杆在旋转过程中上面的齿状结构会以直线的方向向前进行运动，就像我们一般见到的齿轮旋转方式一样，但通过仔细观察我们就会发现，蜗杆在旋转过程中，由于其独特的螺旋状，旋转一圈后，上面的齿状结构会前进一圈，也就是我们的一齿，那么上面与其结合的齿轮因此也只会前进一齿，这也帮助其成为在大量的减速机械装置中的佼佼者。这也是为什么在一般的减速机中，我们见到的都是使用蜗杆传动结构进行减速。原因主要有两点：一是减速性能出众，二是占用空间较小。
那关于蜗杆传动的最后一个特性，便是其的旋转方向的不可逆性。也就是说，我们的旋转使力方只能是从蜗杆开始旋转，蜗轮始终只能是从力方。换句话说，我们只能用蜗杆来带动蜗轮，而不能用蜗轮来带动蜗杆，即使带也是带不动的，而原因主要是因为上文中的两点特性，造成了该结构的特殊卡位。因此该项特性也成为该结构在某些方面上的缺点。但也正是因为其旋转的不可逆性，蜗杆传动结构在运动过程中的稳定性得到了极大的提升。成为了在众多机械结构中如此出众的一项。成为在我们的现实生活中不可替代的机械结构之一。
最后，我们带来了使用乐高及其电子模块所做的创意作品——旋转座椅。该作品在旋转模式上采用了我们所讲的蜗杆传动的机械结构。同时也是本次我们雪豹青少年科技公益项目面向盲童的一期公益课程作品，有意愿加入或者想了解的同学可通过公众号下方的往期活动中的公益活动观看我们以往活动的推文并通过公众号留言的方式加入我们。还等什么，赶快点击下方的原文链接获取此次创意作品的制作视频吧
本文作者：雪豹
图文编辑：雪豹
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