棘輪機構設計舉例(全

1、 請高手指點 QQ 棘輪機構科技名詞定義中文名稱：棘輪機構 英文名稱：ratchet mechanism 定義：含有棘輪和棘爪的主動件作往復運動，從動件作步進運動的機構。 所屬學科：機械工程（一級學科）；機構學（二級學科）；其他機構（三級學科） 本內(nèi)容由全國科學技術名詞審定委員會審定公布 棘輪機構示意圖棘輪機構（ratchet and pawl），由棘輪和棘爪組成的一種單向間歇運動機構。棘輪機構常用在各種機床和自動機中間歇進給或回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)位上，也常用在千斤頂上。在自行車中棘輪機構用于單向驅(qū)動，在手動絞車中棘輪機構常用以防止逆轉(zhuǎn)。棘輪機構工作時常伴有噪聲和振動，因此它的工作頻率不能過高。棘輪

2、機構簡介棘輪機構將連續(xù)轉(zhuǎn)動或往復運動轉(zhuǎn)換成單向步進運動。 棘輪輪齒通常用單向齒，棘爪鉸接于搖桿上，當搖桿逆時針方向擺動時，驅(qū)動棘爪便插入棘輪齒以推動棘輪同向轉(zhuǎn)動；當搖桿順時針方向擺動時，棘爪在棘輪上滑過，棘輪停止轉(zhuǎn)動。為了確保棘輪不反轉(zhuǎn)，常在固定構件上加裝止逆棘爪。搖桿的往復擺動可由曲柄搖桿機構、齒輪機構和擺動油缸等實現(xiàn)，在傳遞很小動力時，也有用電磁鐵直接驅(qū)動棘爪的。棘輪每次轉(zhuǎn)過的角度稱為動程。動程的大小可利用改變驅(qū)動機構的結構參數(shù)或遮齒罩的位置等方法調(diào)節(jié)，也可以在運轉(zhuǎn)過程中加以調(diào)節(jié)。如果希望調(diào)節(jié)的精度高于一個棘齒所對應的角度，可應用多棘爪棘輪機構。 一 棘輪機構(ratchet mechan

3、ism)的基本型式和工作原理 圖示為機械中常用的外嚙合式棘輪機構，它由主動擺桿，棘爪，棘輪、止回棘爪和機架組成。主動件空套在與棘輪固連的從動軸上，并與驅(qū)動棘爪用轉(zhuǎn)動副相聯(lián)。當主動件順時針方向擺動時，驅(qū)動棘爪便插入棘輪的齒槽中，使棘輪跟著轉(zhuǎn)過一定角度，此時，止回棘爪在棘輪的齒背上滑動。當主動件逆時針方向轉(zhuǎn)動時，止回棘爪阻止棘輪發(fā)生逆時針方向轉(zhuǎn)動，而驅(qū)動棘爪卻能夠在棘輪齒背上滑過，所以，這時棘輪靜止不動。因此，當主動件作連續(xù)的往復擺動時，棘輪作單向的間歇運動。2 棘輪機構的分類方式有以下幾種：按結構形式分為齒式棘輪機構和摩擦式棘輪機構齒式棘輪機構結構簡單，制造方便；動與停的時間比可通過選擇合適的驅(qū)

4、動機構實現(xiàn)。該機構的缺點是動程只能作有級調(diào)節(jié)；噪音、沖擊和磨損較大，故不宜用于高速。 齒式棘輪機構 摩擦式棘輪機構摩擦式棘輪機構是用偏心扇形楔塊代替齒式棘輪機構中的棘爪，以無齒摩擦代替棘輪。特點是傳動平穩(wěn)、無噪音；動程可無級調(diào)節(jié)。但因靠摩擦力傳動，會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，雖然可起到安全保護作用，但是傳動精度不高。適用于低速輕載的場合。按嚙合方式分外嚙合棘輪機構和內(nèi)嚙合棘輪機構外嚙合式棘輪機構的棘爪或楔塊均安裝在棘輪的外部，而內(nèi)嚙合棘輪機構的棘爪或楔塊均在棘輪內(nèi)部。外嚙合式棘輪機構由于加工、安裝和維修方便，應用較廣。內(nèi)嚙合棘輪機構的特點是結構緊湊，外形尺寸小。 外嚙合式棘輪機構 內(nèi)嚙合式棘輪機構按從動件

5、運動形式分單動式棘輪機構、雙動式棘輪機構和雙向式棘輪機構單動式式棘輪機構當主動件按某一個方向擺動時，才能推動棘輪轉(zhuǎn)動。雙動式棘輪機構，在主動搖桿向兩個方向往復擺動的過程中，分別帶動兩個棘爪，兩次推動棘輪轉(zhuǎn)動。雙動式棘輪機構常用于載荷較大，棘輪尺寸受限，齒數(shù)較少，而主動擺桿的擺角小于棘輪齒距的場合。 雙動式棘輪機構以上介紹的棘輪機構，都只能按一個方向作單向間歇運動。雙向式棘輪機構可通過改變棘爪的擺動方向，實現(xiàn)棘輪兩個方向的轉(zhuǎn)動。圖示為兩種雙向式棘輪機構的形式，雙向式棘輪機構必須采用對稱齒形。 外嚙合棘輪機構 內(nèi)嚙合棘輪機構 鉤頭雙動式棘輪機構 直推雙動式棘輪機構 可變向棘輪機構 可變向棘輪機構

6、棘條機構 外摩擦式棘輪機構 內(nèi)摩擦式棘輪機構 滾子內(nèi)接摩擦式棘條機構雙向式棘輪機構3 棘輪機構的應用棘輪機構的主要用途有：間歇送進、制動和超越等，以下是應用實例。1間歇送進 圖示為牛頭刨床，為了切削工件，刨刀需作連續(xù)往復直線運動，工作臺作間歇移動。當曲柄1轉(zhuǎn)動時，經(jīng)連桿2帶動搖桿5作往復擺動；搖桿5上裝有雙向棘輪機構的棘爪3，棘輪4與絲杠6固連，棘爪帶動棘輪作單方向間歇轉(zhuǎn)動，從而使螺母（即工作臺）作間歇進給運動。若改變驅(qū)動棘爪的擺角，可以調(diào)節(jié)進給量；改變驅(qū)動棘爪的位置（繞自身軸線轉(zhuǎn)過180后固定），可改變進給運動的方向。2制動 圖示為杠桿控制的帶式制動器，制動輪與外棘輪2固結，棘爪3鉸接于制動

7、輪4上A點，制動輪上圍繞著由杠桿5控制的鋼帶6。制動輪4按逆時針方向自由轉(zhuǎn)動，棘爪3在棘輪齒背上滑動，若該輪向相反方向轉(zhuǎn)動，則4輪被被制動。3超越 圖示的棘輪機構可以用來實現(xiàn)快速超越運動。運動由蝸桿傳到蝸輪，通過安裝在蝸輪上的棘爪3驅(qū)動棘輪固連的輸出軸5按圖示方向慢速轉(zhuǎn)動。當需要軸快速轉(zhuǎn)動時，可按輸出軸的方向快速轉(zhuǎn)動輸出軸上的手柄，這時由于手動轉(zhuǎn)速大于蝸輪轉(zhuǎn)速，所以棘爪在棘輪齒背滑過，從而在蝸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，可用快速手動來實現(xiàn)輸出軸超越蝸輪的運動。4 棘輪機構的設計要點棘輪機構的設計主要應考慮：棘輪齒形的選擇 、模數(shù)齒數(shù)的確定 、齒面傾斜角的確定 、行程和動停比的調(diào)節(jié)方法現(xiàn)以齒式棘輪機構為例，說

8、明其設計方法1棘輪齒形的選擇 圖示為常用齒形，不對稱梯形用于承受載荷較大的場合；當棘輪機構承受的載荷較小時，可采用三角形或圓弧形齒形；矩形和對稱梯形用于雙向式棘輪機構。2模數(shù)、齒數(shù)的確定與齒輪相同，棘輪輪齒的有關尺寸也用模數(shù)m作為計算的基本參數(shù)，但棘輪的標準模數(shù)要按棘輪的頂圓直徑da來計算。m = da/z棘輪齒數(shù)z一般由棘輪機構的使用條件和運動要求選定。對于一般進給和分度所用的棘輪機構，可根據(jù)所要求的棘輪最小轉(zhuǎn)角來確定棘輪的齒數(shù)（z 250，一般取z = 830），然后選定模數(shù)。3齒面傾斜角的確定 棘輪齒面與徑向線所夾稱為齒面傾斜角。棘爪軸心O1與輪齒頂點A的連線O1A與過A點的齒面法線nn的夾角稱為棘爪軸心位置角。為使棘爪在推動棘輪的過程中始終緊壓齒面滑向齒根部，應滿足棘齒對棘爪的法向反作用力N對O1軸的力矩大于摩擦力Ff沿齒面）對O1軸的力矩，即NO1Asin FfO1Acos則 Ff/N tan即 式中f和分別為棘爪與棘輪齒面間的摩擦系數(shù)和摩擦角，一般f取0.13 0.2。4. 行程和動停比的調(diào)節(jié)方法1）采用棘輪罩通過改變棘輪罩的位置，使部分行程棘爪沿棘輪罩表面滑過，從而實現(xiàn)棘輪轉(zhuǎn)角大小的調(diào)整。 2）改變擺桿擺角通過調(diào)節(jié)曲柄搖桿機構中曲柄的長度，改變搖桿擺角的大小，從而實現(xiàn)棘輪機構轉(zhuǎn)角