棘輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)舉例(全

1、 請(qǐng)高手指點(diǎn) QQ 棘輪機(jī)構(gòu)科技名詞定義中文名稱(chēng)：棘輪機(jī)構(gòu) 英文名稱(chēng)：ratchet mechanism 定義：含有棘輪和棘爪的主動(dòng)件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)件作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。 所屬學(xué)科：機(jī)械工程（一級(jí)學(xué)科）；機(jī)構(gòu)學(xué)（二級(jí)學(xué)科）；其他機(jī)構(gòu)（三級(jí)學(xué)科） 本內(nèi)容由全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定公布 棘輪機(jī)構(gòu)示意圖棘輪機(jī)構(gòu)（ratchet and pawl），由棘輪和棘爪組成的一種單向間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。棘輪機(jī)構(gòu)常用在各種機(jī)床和自動(dòng)機(jī)中間歇進(jìn)給或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)位上，也常用在千斤頂上。在自行車(chē)中棘輪機(jī)構(gòu)用于單向驅(qū)動(dòng)，在手動(dòng)絞車(chē)中棘輪機(jī)構(gòu)常用以防止逆轉(zhuǎn)。棘輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)常伴有噪聲和振動(dòng)，因此它的工作頻率不能過(guò)高。棘輪

2、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介棘輪機(jī)構(gòu)將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成單向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。 棘輪輪齒通常用單向齒，棘爪鉸接于搖桿上，當(dāng)搖桿逆時(shí)針?lè)较驍[動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)棘爪便插入棘輪齒以推動(dòng)棘輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)搖桿順時(shí)針?lè)较驍[動(dòng)時(shí)，棘爪在棘輪上滑過(guò)，棘輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。為了確保棘輪不反轉(zhuǎn)，常在固定構(gòu)件上加裝止逆棘爪。搖桿的往復(fù)擺動(dòng)可由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)油缸等實(shí)現(xiàn)，在傳遞很小動(dòng)力時(shí)，也有用電磁鐵直接驅(qū)動(dòng)棘爪的。棘輪每次轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為動(dòng)程。動(dòng)程的大小可利用改變驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)或遮齒罩的位置等方法調(diào)節(jié)，也可以在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中加以調(diào)節(jié)。如果希望調(diào)節(jié)的精度高于一個(gè)棘齒所對(duì)應(yīng)的角度，可應(yīng)用多棘爪棘輪機(jī)構(gòu)。 一 棘輪機(jī)構(gòu)(ratchet mechan

3、ism)的基本型式和工作原理 圖示為機(jī)械中常用的外嚙合式棘輪機(jī)構(gòu)，它由主動(dòng)擺桿，棘爪，棘輪、止回棘爪和機(jī)架組成。主動(dòng)件空套在與棘輪固連的從動(dòng)軸上，并與驅(qū)動(dòng)棘爪用轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)。當(dāng)主動(dòng)件順時(shí)針?lè)较驍[動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)棘爪便插入棘輪的齒槽中，使棘輪跟著轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，此時(shí)，止回棘爪在棘輪的齒背上滑動(dòng)。當(dāng)主動(dòng)件逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，止回棘爪阻止棘輪發(fā)生逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，而驅(qū)動(dòng)棘爪卻能夠在棘輪齒背上滑過(guò)，所以，這時(shí)棘輪靜止不動(dòng)。因此，當(dāng)主動(dòng)件作連續(xù)的往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪作單向的間歇運(yùn)動(dòng)。2 棘輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)方式有以下幾種：按結(jié)構(gòu)形式分為齒式棘輪機(jī)構(gòu)和摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)齒式棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便；動(dòng)與停的時(shí)間比可通過(guò)選擇合適的驅(qū)

4、動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。該機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是動(dòng)程只能作有級(jí)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(jī)構(gòu) 摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)是用偏心扇形楔塊代替齒式棘輪機(jī)構(gòu)中的棘爪，以無(wú)齒摩擦代替棘輪。特點(diǎn)是傳動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)噪音；動(dòng)程可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。但因靠摩擦力傳動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，雖然可起到安全保護(hù)作用，但是傳動(dòng)精度不高。適用于低速輕載的場(chǎng)合。按嚙合方式分外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)和內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)外嚙合式棘輪機(jī)構(gòu)的棘爪或楔塊均安裝在棘輪的外部，而內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)的棘爪或楔塊均在棘輪內(nèi)部。外嚙合式棘輪機(jī)構(gòu)由于加工、安裝和維修方便，應(yīng)用較廣。內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小。 外嚙合式棘輪機(jī)構(gòu) 內(nèi)嚙合式棘輪機(jī)構(gòu)按從動(dòng)件

5、運(yùn)動(dòng)形式分單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)、雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)和雙向式棘輪機(jī)構(gòu)單動(dòng)式式棘輪機(jī)構(gòu)當(dāng)主動(dòng)件按某一個(gè)方向擺動(dòng)時(shí)，才能推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)。雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)，在主動(dòng)搖桿向兩個(gè)方向往復(fù)擺動(dòng)的過(guò)程中，分別帶動(dòng)兩個(gè)棘爪，兩次推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)。雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)常用于載荷較大，棘輪尺寸受限，齒數(shù)較少，而主動(dòng)擺桿的擺角小于棘輪齒距的場(chǎng)合。 雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)以上介紹的棘輪機(jī)構(gòu)，都只能按一個(gè)方向作單向間歇運(yùn)動(dòng)。雙向式棘輪機(jī)構(gòu)可通過(guò)改變棘爪的擺動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)棘輪兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。圖示為兩種雙向式棘輪機(jī)構(gòu)的形式，雙向式棘輪機(jī)構(gòu)必須采用對(duì)稱(chēng)齒形。 外嚙合棘輪機(jī)構(gòu) 內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu) 鉤頭雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu) 直推雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu) 可變向棘輪機(jī)構(gòu) 可變向棘輪機(jī)構(gòu)

6、棘條機(jī)構(gòu) 外摩擦式棘輪機(jī)構(gòu) 內(nèi)摩擦式棘輪機(jī)構(gòu) 滾子內(nèi)接摩擦式棘條機(jī)構(gòu)雙向式棘輪機(jī)構(gòu)3 棘輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用棘輪機(jī)構(gòu)的主要用途有：間歇送進(jìn)、制動(dòng)和超越等，以下是應(yīng)用實(shí)例。1間歇送進(jìn) 圖示為牛頭刨床，為了切削工件，刨刀需作連續(xù)往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)作間歇移動(dòng)。當(dāng)曲柄1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)連桿2帶動(dòng)搖桿5作往復(fù)擺動(dòng)；搖桿5上裝有雙向棘輪機(jī)構(gòu)的棘爪3，棘輪4與絲杠6固連，棘爪帶動(dòng)棘輪作單方向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使螺母（即工作臺(tái)）作間歇進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。若改變驅(qū)動(dòng)棘爪的擺角，可以調(diào)節(jié)進(jìn)給量；改變驅(qū)動(dòng)棘爪的位置（繞自身軸線(xiàn)轉(zhuǎn)過(guò)180后固定），可改變進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向。2制動(dòng) 圖示為杠桿控制的帶式制動(dòng)器，制動(dòng)輪與外棘輪2固結(jié)，棘爪3鉸接于制動(dòng)

7、輪4上A點(diǎn)，制動(dòng)輪上圍繞著由杠桿5控制的鋼帶6。制動(dòng)輪4按逆時(shí)針?lè)较蜃杂赊D(zhuǎn)動(dòng)，棘爪3在棘輪齒背上滑動(dòng)，若該輪向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則4輪被被制動(dòng)。3超越 圖示的棘輪機(jī)構(gòu)可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)快速超越運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)由蝸桿傳到蝸輪，通過(guò)安裝在蝸輪上的棘爪3驅(qū)動(dòng)棘輪固連的輸出軸5按圖示方向慢速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)需要軸快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可按輸出軸的方向快速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸上的手柄，這時(shí)由于手動(dòng)轉(zhuǎn)速大于蝸輪轉(zhuǎn)速，所以棘爪在棘輪齒背滑過(guò)，從而在蝸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可用快速手動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出軸超越蝸輪的運(yùn)動(dòng)。4 棘輪機(jī)構(gòu)的設(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(shuō)

8、明其設(shè)計(jì)方法1棘輪齒形的選擇 圖示為常用齒形，不對(duì)稱(chēng)梯形用于承受載荷較大的場(chǎng)合；當(dāng)棘輪機(jī)構(gòu)承受的載荷較小時(shí)，可采用三角形或圓弧形齒形；矩形和對(duì)稱(chēng)梯形用于雙向式棘輪機(jī)構(gòu)。2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(lái)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(lái)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(xiàn)所夾稱(chēng)為齒面傾斜角。棘爪軸心O1與輪齒頂點(diǎn)A的連線(xiàn)O1A與過(guò)A點(diǎn)的齒面法線(xiàn)nn的夾角稱(chēng)為棘爪軸心位置角。為使棘爪在推動(dòng)棘輪的過(guò)程中始終緊壓齒面滑向齒根部，應(yīng)滿(mǎn)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。4. 行程和動(dòng)停比的調(diào)節(jié)方法1）采用棘輪罩通過(guò)改變棘輪罩的位置，使部分行程棘爪沿棘輪罩表面滑過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)棘輪轉(zhuǎn)角大小的調(diào)整。 2）改變擺桿擺角通過(guò)調(diào)節(jié)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄的長(zhǎng)度，改變搖桿擺角的大小，從而實(shí)現(xiàn)棘輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角