机械工程中的阿基米德螺线探析
机械工程中的阿基米德螺线探析
阿基米德螺线广泛隐藏于自然界里，葡萄等藤茎植物的触须就是借鉴阿基米德螺线结构的柔韧
性，使其紧紧缠绕物体，在恶劣环境中生长； 动物世界中的蟒蛇盘绕起来形成的螺线，起到更
好的防卫和攻击的作用，在生物微观细胞中，起遗传作用脱氧核糖核酸（DNA ） 就是规则的
螺旋结构，利于节约空间，储存信息； 机械仪表中钟表上的发条工作原理也离不开阿基米德螺
线。阿基米德螺线最先运用于灌溉技术，古代埃及人利用尼罗河水灌溉农田，由于河床低，农
田地势高，只能用水桶提水灌溉，这样非常浪费劳力体力，于是阿基米德利用阿基米德螺线发
“ ”明了螺杆，创造了 水往高处流 的奇迹，因此螺杆也是阿基米德螺旋提水器的最初原型。由于
先人不断研究改进，现在其已广泛运用于水利灌溉，机械动力，军事通信等领域。随着科技快
速发展，阿基米德螺线应用与生活实际也愈加紧凑，在此，有必要对其进行更深层的系统研
究，现就其基本应用展开探讨，希望阿基米德螺线能不断开拓创新。
1 阿基米德基本简介
阿基米德螺线，是一种具有特殊性质的螺旋线，假设点 A 从O 点开始以匀速沿着 OA 直线方
向运动的同时，又以固定的转角速度绕点 O 螺旋转动，俯视而看，点 A 的轨迹为螺旋状，这
“ ”种螺线被命名为 阿基米德螺线 , “ ”因为远动过程中是匀速运动，因此也可定义为 等速螺线 .如图
1 所示。
阿基米德螺线在平面极坐标中的曲线方程：r（θ ）= a + b（θ ）其中：b 为螺旋系数，单位为
mm/° ，代表曲线每变化 1° 时，曲线直径的变化量；θ 为转角，单位为度，代表曲线转过的度
数总和； a 为当θ= 0° 时的极径，单位为mm.
改变数值 a 将改变螺线结构，b 是用来控制两相邻螺线间距的常量。方程有两条不同方向螺
线，分别被θ>0 和θ<0 分割，且在极点平稳光滑连接。如果把其中一条翻转90° /270°，将会得
到其对称曲线，这就是另一条螺线。阿基米德有多条性质： 若点（r,θ ） 在 r（θ ）= a+ b（θ ）
上，则点（-r,-θ ） 在曲线 r（θ ）= -a+ b（θ ）上，这两条阿基米德螺线关于π/2 直线对称； 螺
线相邻两臂间距的距离总是等于 2πa; 阿基米德螺线同时可以起到三等分角，化圆为方的作用。
可想而知，阿基米德螺线的几何性质，使其在数学领域和卫星轨道设计方面地位也特别重要。
2 阿基米德基本基本应用
2.1 阿基米德螺旋扬水器
阿基米德螺旋最早引入于1803 年，在当时，已经使用好几个世纪的阿基米德螺旋泵，它能够
在水平或垂直方向提升水，阿基米德螺旋就是在圆筒�b入一个大型的螺旋状物，下端浸入水
中，上端以一定角度倾斜放置，在在上端用手动或者电动机的带动下使密封腔室中的螺杆旋
转，螺旋管就会把下端的水提升上来，然后水量被挤出上端口，就达到了把下平面的水提升到
上平面灌溉田地的目的，这就是阿基米德螺旋扬水器，具体结构见图2 所示。随着科学发展，
阿基米德扬水器被加以创新改进，现在已经由电动机带动螺杆旋转，发展为现在高效率的阿基
米德螺旋泵如图 3 所示。这类装置具有众多优点，例如操作简单、结构维修简便，稳定可靠、
流速平稳等。
2.2 螺旋输送机
螺旋输送机工作原理和作用与阿基米德螺旋类似（图 4 ）,具有操作性简便，构造简单、尺寸小
而密封性强等特点。这种连续输送机械的具体操作就是转动螺杆，螺旋状的光滑叶片就会把物
料沿密封管道输送到另一端。物料在自重和摩擦力的效果下，不随叶片旋转，仅在其推动力
下，平稳均匀的沿轴向运动。因为输送机安全可靠、成本低，输送方向不仅双向，可以在两个
相反的方向同时输送，并且在一定的旋转下，物料同时达到了搅拌、混合、冷热加工等作业的
目的，所以螺旋输送机在运送物料方面也比较普遍适用。
2.3 阿基米德螺线之螺丝
摘要：
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机械工程中的阿基米德螺线探析阿基米德螺线广泛隐藏于自然界里，葡萄等藤茎植物的触须就是借鉴阿基米德螺线结构的柔韧性，使其紧紧缠绕物体，在恶劣环境中生长；动物世界中的蟒蛇盘绕起来形成的螺线，起到更好的防卫和攻击的作用，在生物微观细胞中，起遗传作用脱氧核糖核酸（DNA）就是规则的螺旋结构，利于节约空间，储存信息；机械仪表中钟表上的发条工作原理也离不开阿基米德螺线。阿基米德螺线最先运用于灌溉技术，古代埃及人利用尼罗河水灌溉农田，由于河床低，农田地势高，只能用水桶提水灌溉，这样非常浪费劳力体力，于是阿基米德利用阿基米德螺线发“”明了螺杆，创造了水往高处流的奇迹，因此螺杆也是阿基米德螺旋提水器的最初原型。...
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作者：闻远设计
分类：非标机械电气自动化
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