棘輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

1、棘輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用棘輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用 目錄 1. 棘輪機(jī)構(gòu)原理介紹棘輪機(jī)構(gòu)原理介紹 2. 棘輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)棘輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 3. 棘輪機(jī)構(gòu)案例分享棘輪機(jī)構(gòu)案例分享 一報(bào)告目的 本部門所開發(fā)的自動(dòng)化設(shè)備所用的運(yùn)動(dòng)機(jī) 構(gòu)主要是一些連桿機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及少量的凸輪機(jī)構(gòu)等，棘輪機(jī) 構(gòu)基本沒有運(yùn)用。本次專題研究報(bào)告以棘 輪機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象。詳細(xì)介紹了棘輪機(jī)構(gòu) 動(dòng)作原理和設(shè)計(jì)要點(diǎn)并提供了應(yīng)用棘輪機(jī) 構(gòu)實(shí)例。為本部門今后的自動(dòng)化設(shè)備開發(fā) 棘輪機(jī)構(gòu)運(yùn)用提供參考。 二報(bào)告內(nèi)容 棘輪機(jī)構(gòu)動(dòng)作原理介紹 為了實(shí)現(xiàn)分度轉(zhuǎn)位、送進(jìn)輸出、制動(dòng)超越等運(yùn)動(dòng)，常 需要采用將主動(dòng)件的連續(xù)運(yùn)動(dòng)變換成從動(dòng)件周期性動(dòng)、

2、 停式運(yùn)動(dòng)的間隙運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)叫棘輪機(jī)構(gòu)。 下圖(圖A)所示為一典型的棘輪機(jī)構(gòu)。主動(dòng) 擺桿空套在與棘輪固聯(lián)的轉(zhuǎn)軸O1上，且繞 O1往復(fù)擺動(dòng); 棘爪與主動(dòng)擺桿用轉(zhuǎn)動(dòng)幅O2 相連; 彈簧能使止回棘爪和棘輪保持接觸。 當(dāng)主動(dòng)擺桿逆時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)棘爪便插 入棘輪的齒槽中，推動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)過一定的角 度，此時(shí)止回棘爪在棘輪齒背滑過; 當(dāng)主動(dòng) 擺桿順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)時(shí)，止回棘爪阻止齒 輪順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)，而驅(qū)動(dòng)棘爪在靜止的 棘輪齒背滑過。這樣，當(dāng)主動(dòng)擺桿連續(xù)往 復(fù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪便得到單向的間隙運(yùn)動(dòng)。 按棘輪機(jī)構(gòu)安裝部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，棘輪機(jī)構(gòu)可分為齒 式棘輪機(jī)構(gòu)和摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)兩大類型。其工作原理 相似，組成棘輪機(jī)構(gòu)部件的特征

3、不同。下面分別介紹 兩種棘輪機(jī)構(gòu)。 圖A 1) 齒式棘輪機(jī)構(gòu) 齒式棘輪機(jī)構(gòu)有外嚙合和內(nèi)嚙合(圖B)兩種形 式。當(dāng)棘輪的直經(jīng)無窮大時(shí),棘輪變?yōu)榧瑮l驅(qū) 動(dòng)棘爪推動(dòng)棘條作單向間隙移動(dòng)(圖C)。 圖B 圖C 根據(jù)棘輪運(yùn)動(dòng)方式不同，齒式 棘輪機(jī)構(gòu)又分為以下三鍾機(jī)構(gòu)： 單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu) 其特點(diǎn)是主動(dòng)桿往復(fù)擺動(dòng)一次， 只能在一個(gè)方向推動(dòng)棘輪沿同 一方向間隙轉(zhuǎn)動(dòng)一次。圖A所 示為單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)。 雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu) 其特點(diǎn)是主動(dòng)桿往復(fù)擺動(dòng)一次， 能推動(dòng)棘輪作單向間隙轉(zhuǎn)動(dòng)兩 次。圖D所示 圖D 可變向棘輪機(jī)構(gòu) 可變向棘輪機(jī)構(gòu)常采用梯 形齒或矩形齒。下圖E所 示為一可變向棘輪機(jī)構(gòu)， 棘爪2具有對(duì)稱的爪端， 可繞O2轉(zhuǎn)動(dòng)

4、，棘輪3采用 梯形齒。在圖示實(shí)線位置 時(shí)，棘爪推動(dòng)棘輪作逆時(shí) 針方向的間歇運(yùn)動(dòng); 若將 棘爪翻轉(zhuǎn)到虛線位置，棘 輪則可作順時(shí)針方向的間 歇運(yùn)動(dòng)。 圖E 圖F所示為另一種變向棘輪機(jī)構(gòu)， 它常用以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的送進(jìn)運(yùn)動(dòng)， 其棘輪3的齒形為矩形，棘爪2具 有單面的直邊工作面。在圖示位 置，棘爪推動(dòng)棘輪齒槽左側(cè)，使 棘輪作逆時(shí)針方向間歇運(yùn)動(dòng)。若 將棘爪提起繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)180 度后放下，則棘爪與棘輪齒槽右 側(cè)接觸，從而推動(dòng)棘輪作順時(shí)針 方向間歇運(yùn)動(dòng)。若將棘爪提起繞 自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)180度后放置在殼 體平臺(tái)上，使棘爪與棘輪脫開， 則棘爪隨主動(dòng)件擺動(dòng)時(shí)，棘輪靜 止不動(dòng)。 圖F 2) 摩擦式棘輪機(jī)構(gòu) 圖G所示為

5、一常用的摩擦式棘 輪機(jī)構(gòu)，其工作原理與齒式棘 輪機(jī)構(gòu)相似，這時(shí)扇形塊代替 了棘爪，摩擦輪代替了棘輪。 圖G工作原理如下: 當(dāng)構(gòu)件1逆 時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾子2借摩擦力 而楔緊在構(gòu)件1、3空間的狹 窄部分，使構(gòu)件3一同回轉(zhuǎn); 當(dāng)構(gòu)件1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾子 松開，構(gòu)件3靜止不動(dòng)。利用 這種機(jī)構(gòu)，當(dāng)構(gòu)件1以任意速 度往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，可使套同3獲 得任意大小轉(zhuǎn)角的單向間隙運(yùn) 動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)可用作單向離合 器。 圖G (單向離合器) 齒式棘輪機(jī)構(gòu)與摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)比較 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 齒式棘 輪機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡單，制造方便， 工作可靠 噪音大，齒尖易磨損，在起點(diǎn)和終 點(diǎn)有剛性沖擊，在運(yùn)動(dòng)過程中存在 空程。棘輪轉(zhuǎn)角只能有級(jí)

6、的變化。 摩擦式 棘輪機(jī) 構(gòu) 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、噪音小， 可實(shí)現(xiàn)棘輪轉(zhuǎn)角無級(jí) 調(diào)整。 運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性差。 棘輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 棘輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要應(yīng)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(dòng)停比的調(diào)節(jié)方法 現(xiàn)以齒式棘輪機(jī)構(gòu)為例，說明其設(shè)計(jì)方法 模數(shù)、齒數(shù)的確定 與齒輪相同，棘輪輪齒的有關(guān)尺寸也用模數(shù)m作為計(jì)算的基本參數(shù)， 但棘輪的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)要按棘輪的頂圓直徑da來計(jì)算。 m = da/z 棘輪齒數(shù)z一般由棘輪機(jī)構(gòu)的使用條件和運(yùn)動(dòng)要求選定。對(duì)于一般進(jìn) 給和分度所用的棘輪機(jī)構(gòu)，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) 齒面傾斜角的確

7、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(diǎn) A 的連線 O1A 與過 A 點(diǎn)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(dòng)棘輪的過程中始終緊壓齒面滑向齒根部，應(yīng)滿足棘 齒對(duì)棘爪的法向反作用力 N 對(duì) O1 軸的力矩大于摩擦力 Ff 沿齒面） 對(duì) 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。 3. 棘輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用案例分享 a. 間隙送進(jìn) 牛頭刨床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)是由一個(gè) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和一個(gè)雙向棘輪機(jī) 構(gòu)組成，完成工作臺(tái)的橫向間隙 進(jìn)給。

8、b. 制動(dòng)b. 制動(dòng)b. 制動(dòng)b. 制動(dòng) b. 制動(dòng) 卷揚(yáng)機(jī)制動(dòng)機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)筒、棘輪和 大皮帶輪（被擋?。橐惑w，桿 1和桿2調(diào)整角度后緊固為一體， 桿2端部與皮帶導(dǎo)板鉸接。當(dāng)皮 帶突然斷裂時(shí)，皮帶導(dǎo)板失去支 撐而下擺，使桿1端齒棘輪嚙合， 阻止卷揚(yáng)逆轉(zhuǎn)。起到制動(dòng)作用。 c. 轉(zhuǎn)位、分度 手槍盤分度機(jī)構(gòu)中滑塊沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng) 時(shí)，棘爪1使棘輪轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距，并使與 棘輪固接的手槍盤轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。此時(shí) 擋銷上升使棘爪2在彈簧的作用下進(jìn)入盤 的槽中，使手槍盤靜止並防止反轉(zhuǎn)。當(dāng) 滑塊向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，棘爪1從棘輪齒背上滑 過，在彈簧力的作用下進(jìn)入齒槽，同時(shí) 擋銷克服彈簧力繞軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，手槍 盤解脫止動(dòng)狀態(tài)。 d.超越離合 在鑽床中以摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)作為 傳動(dòng)中的超越離合器。實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 進(jìn)給和快慢速進(jìn)給功能實(shí)