1、棘轮机构基础知识棘轮机构基础知识 2011年04月11 日吉牛集成块 无鸡鸭亦可，无鱼肉亦可，青菜一碟足矣！ 棘轮机构基础知识 一 棘轮机构(ratchet mechanism)的基本型式和工作原理 图示为机械中常用的外啮合式棘轮机构，它由主动摆杆，棘爪，棘轮、止回棘爪和机架组成。主动件空套在与棘轮固连的从动轴上，并与驱动棘爪用转动副相联。当主动件顺时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮的齿槽中，使棘轮跟着转过一定角度，此时，止回棘爪在棘轮的齿背上滑动。当主动件逆时针方向转动时，止回棘爪阻止棘轮发生逆时针方向转动，而驱动棘爪却能够在棘轮齿背上滑过，所以，这时棘轮静止不动。因此，当主动件作连续的往复
2、摆动时，棘轮作单向的间歇运动。 2 棘轮机构的分类方式有以下几种： 按结构形式分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构 齿式棘轮机构结构简单，制造方便；动与停的时间比可通过选择合适的驱动机构实现。该机构的缺点是动程只能作有级调节；噪音、冲击和磨损较大，故不宜用于高速。 齿式棘轮机构 摩擦式棘轮机构 摩擦式棘轮机构是用偏心扇形楔块代替齿式棘轮机构中的棘爪，以无齿摩擦代替棘轮。特点是传动平稳、无噪音；动程可无级调节。但因靠摩擦力传动，会出现打滑现象，虽然可起到安全保护作用，但是传动精度不高。适用于低速轻载的场合。 按啮合方式分外啮合棘轮机构和内啮合棘轮机构 外啮合式棘轮机构的棘爪或楔块均安装在棘轮的外部，
3、而内啮合棘轮机构的棘爪或楔块均在棘轮内部。外啮合式棘轮机构由于加工、安装和维修方便，应用较广。内啮合棘轮机构的特点是结构紧凑，外形尺寸小。 外啮合式棘轮机构 内啮合式棘轮机构 按从动件运动形式分单动式棘轮机构、双动式棘轮机构和双向式棘轮机构 单动式式棘轮机构当主动件按某一个方向摆动时，才能推动棘轮转动。双动式棘轮机构，在主动摇杆向两个方向往复摆动的过程中，分别带动两个棘爪，两次推动棘轮转动。 双动式棘轮机构常用于载荷较大，棘轮尺寸受限，齿数较少，而主动摆杆的摆角小于棘轮齿距的场合。 双动式棘轮机构 以上介绍的棘轮机构，都只能按一个方向作单向间歇运动。双向式棘轮机构可通过改变棘爪的摆动方向，实现
4、棘轮两个方向的转动。图示为两种双向式棘轮机构的形式，双向式棘轮机构必须采用对称齿形。 双向式棘轮机构 3 棘轮机构的应用 棘轮机构的主要用途有：间歇送进、制动和超越等，以下是应用实例。 1间歇送进 图示为 牛头刨床 ，为了切削工件，刨刀需作连续往复直线运动，工作台作间歇移动。当曲柄1转动时，经连杆2带动摇杆5作往复摆动；摇杆5上装有双向棘轮机构的棘爪3，棘轮4与丝杠6固连，棘爪带动棘轮作单方向间歇转动，从而使螺母（即工作台）作间歇进给运动。若改变驱动棘爪的摆角，可以调节进给量；改变驱动棘爪的位置（绕自身轴线转过180后固定），可改变进给运动的方向。 2制动 图示为杠杆控制的带式制动器，制动轮与
5、外棘轮2固结，棘爪3铰接于制动轮4上A点，制动轮上围绕着由杠杆5控制的钢带6。制动轮4按逆时针方向自由转动，棘爪3在棘轮齿背上滑动，若该轮向相反方向转动，则4轮被被制动。 3超越 图示的棘轮机构可以用来实现快速超越运动。运动由蜗杆传到蜗轮，通过安装在蜗轮上的棘爪3驱动棘轮固连的输出轴5按图示方向慢速转动。当需要轴快速转动时，可按输出轴的方向快速转动输出轴上的手柄，这时由于手动转速大于蜗轮转速，所以棘爪在棘轮齿背滑过，从而在蜗轮继续转动时，可用快速手动来实现输出轴超越蜗轮的运动。 4 棘轮机构的设计要点 棘轮机构的设计主要应考虑：棘轮齿形的选择 、模数齿数的确定 、齿面倾斜角的确定 、行程和动停
6、比的调节方法 现以齿式棘轮机构为例，说明其设计方法 1棘轮齿形的选择 图示为常用齿形，不对称梯形用于承受载荷较大的场合；当棘轮机构承受的载荷较小时，可采用三角形或圆弧形齿形；矩形和对称梯形用于双向式棘轮机构。 2模数、齿数的确定 与齿轮相同，棘轮轮齿的有关尺寸也用模数m作为计算的基本参数，但棘轮的标准模数要按棘轮的顶圆直径da来计算。 m = da/z 棘轮齿数z一般由棘轮机构的使用条件和运动要求选定。对于一般进给和分度所用的棘轮机构，可根据所要求的棘轮最小转角来确定棘轮的齿数（z 250，一般取z = 830），然后选定模数。 3齿面倾斜角的确定 棘轮齿面与径向线所夹称为齿面倾斜角。棘爪轴心
7、O1与轮齿顶点A的连线O1A与过A点的齿面法线nn的夹角称为棘爪轴心位置角。 为使棘爪在推动棘轮的过程中始终紧压齿面滑向齿根部，应满足棘齿对棘爪的法向反作用力N对O1轴的力矩大于摩擦力Ff沿齿面）对O1轴的力矩，即 NO1Asin FfO1Acos 则 Ff/N tan 即 式中f和分别为棘爪与棘轮齿面间的摩擦系数和摩擦角，一般f取0.13 0.2。 4. 行程和动停比的调节方法 1）采用棘轮罩 通过改变棘轮罩的位置，使部分行程棘爪沿棘轮罩表面滑过，从而实现棘轮转角大小的调整。 2）改变摆杆摆角 通过调节曲柄摇杆机构中曲柄的长度，改变摇杆摆角的大小，从而实现棘轮机构转角大小的调整。 3） 采用多爪棘轮机构 要使棘轮每次转动的角度小于一个轮齿所对应的中心角时，可采用棘爪数为m的多爪棘轮机构。 如n=3的棘轮机构，三棘爪位置依次错开/3 ，当摆杆转角1在1/3 范围内变化时，三棘爪依次落入齿槽，推动棘轮转动相应角度2为 2/3 范围内/3 整数倍。
