棘轮机构的设计及应用

– 雙動式棘輪機構
• 其特點是主動杆往復擺動一次， 能推動棘輪作單向間隙轉動兩 次。圖D所示
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圖D
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– 可變向棘輪機構
• 可變向棘輪機構常采用梯 形齒或矩形齒。下圖E所 示為一可變向棘輪機構， 棘爪2具有對稱的爪端， 可繞O2轉動，棘輪3采用 梯形齒。在圖示實線位置 時，棘爪推動棘輪作逆時 針方向的間歇運動; 若將 棘爪翻轉到虛線位置，棘 輪則可作順時針方向的間 歇運動。
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圖F
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• 2) 摩擦式棘輪機構 • 圖G所示為一常用的摩擦式棘
輪機構，其工作原理與齒式棘 輪機構相似，這時扇形塊代替 了棘爪，摩擦輪代替了棘輪。 圖G工作原理如下: 當構件1逆 時針轉動時，滾子2借摩擦力 而楔緊在構件1、3空間的狹 窄部分，使構件3一同回轉; 當構件1順時針轉動時，滾子 松開，構件3靜止不動。利用 這種機構，當構件1以任意速 度往復擺動時，可使套同3獲 得任意大小轉角的單向間隙運 動。這種機構可用作單向離合 器。
當主動擺杆逆時針擺動時，驅動棘爪便插
入棘輪的齒槽中，推動齒輪轉過一定的角 度，此時止回棘爪在棘輪齒背滑過; 當主動
擺杆順時針方向回轉時，止回棘爪阻止齒
輪順時針方向回轉，而驅動棘爪在靜止的
棘輪齒背滑過。這樣，當主動擺杆連續往 復擺動時，棘輪便得到單向的間隙運動。
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圖A
按棘輪機構安裝部件的結構特點，棘輪機構可分為齒 式棘輪機構和摩擦式棘輪機構兩大類型。其工作原理 相似，組成棘輪機構部件的特征不同。下面分別介紹 兩種棘輪機構。
• 齿面倾斜角的确定
• 棘轮齿面与径向线所夹α称为齿面倾斜角。棘爪轴心 O1 与轮齿顶点 A 的连线 O1A 与过 A 点的齿面法线 nn 的夹角 β 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
• 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 、行程和动停比的调节方法 现以齿式棘轮机构为例，说明其设计方法
• 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 = 8～30），然后选定模数
d.超越離合
在鑽床中以摩擦式棘輪機構作為
傳動中的超越離合器。實現自動
進給和快慢速進給功能實現。由
主動蝸杆帶動蝸輪，通過外環使
從動輪和軸之間同速轉動，實現
自動進給; 當快速轉動手柄時，
直接通過輪使軸作超越運動，實
現快速進給。
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還有我們常用的一些工具也有用到棘輪機構
線纜剪上的棘輪 機構減輕操作力
電控用接線 端子壓緊鉗
加工用的絲錐扳手
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二﹑報告內容
• 棘輪機構動作原理介紹
為了實現分度轉位、送進輸出、制動超越等運動，常 需要采用將主動件的連續運動變換成從動件周期性動、 停式運動的間隙運動機構叫棘輪機構。
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• 下圖(圖A)所示為一典型的棘輪機構。主動 擺杆空套在與棘輪固聯的轉軸O1上，且繞 O1往復擺動; 棘爪與主動擺杆用轉動幅O2 相連; 彈簧能使止回棘爪和棘輪保持接觸。
N·O1Asinβ > Ff·O1Acosβ 则 Ff/N < tanβ 因为 f = tan = Ff/N 所以 tanβ > tan 即 β> 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。W
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• 3. 棘輪機構應用案例分享
a. 間隙送進 牛頭刨床橫向進給機構是由一個 曲柄搖杆機構和一個雙向棘輪機 構組成，完b. 制成動工作台的橫向間隙 進給。
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圖G (單向離合器)
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齒式棘輪機構與摩擦式棘輪機構優缺點比較
優點
缺點
齒式棘 結構簡單，制造方 輪機構 便，工作可靠
噪音大，齒尖易磨損，在起點和 終點有剛性沖擊，在運動過程中 存在空程。棘輪轉角只能有級的 變化。
摩擦式 運動平穩、噪音小， 運動准確性差。
棘輪機 可實現棘輪轉角無
構
級調整。
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• 棘輪機構設計要點
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• 1) 齒式棘輪機構
• 齒式棘輪機構有外嚙合和內嚙合(圖B)兩種形 式。當棘輪的直經無窮大時,棘輪變為棘條驅 動棘爪推動棘條作單向間隙移動(圖C)。
圖C 圖B
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• 根據棘輪運動方式不同，齒式 棘輪機構又分為以下三鍾機構：
– 單動式棘輪機構
• 其特點是主動杆往復擺動一次， 只能在一個方向推動棘輪沿同 一方向間隙轉動一次。圖A所 示為單動式棘輪機構。
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圖E
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• 圖F所示為另一種變向棘輪機構， 它常用以實現工作台的送進運動， 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，棘爪推動棘輪齒槽左側，使 棘輪作逆時針方向間歇運動。若 將棘爪提起繞自身軸線轉動180 度后放下，則棘爪與棘輪齒槽右 側接觸，從而推動棘輪作順時針 方向間歇運動。若將棘爪提起繞 自身軸線轉動180度后放置在殼 體平台上，使棘爪與棘輪脫開， 則棘爪隨主動件擺動時，棘輪靜 止不動。
b. 制動 卷揚機制動機構中轉筒、棘輪和
大皮帶輪（被擋住）為一體，杆
1和杆2調整角度后緊固為一體， 杆2端部與皮帶導板鉸接。當皮 帶突然斷裂時，皮帶導板失去支
撐而下擺，使杆1端齒棘輪嚙合， 阻止卷揚逆轉。起到制動作用。
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c. 轉位、分度 手槍盤分度機構中滑塊沿導軌向上運動 時，棘爪1使棘輪轉過一個齒距，并使與 棘輪固接的手槍盤轉動一個角度。此時 擋銷上升使棘爪2在彈簧的作用下進入盤 的槽中，使手槍盤靜止並防止反轉。當 滑塊向下運動時，棘爪1從棘輪齒背上滑 過，在彈簧力的作用下進入齒槽，同時 擋銷克服彈簧力繞軸逆時針旋轉，手槍 盤解脫止動狀態。
棘輪機構的設計及應用
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目錄
• 1. 棘輪機構原理介紹 • 2. 棘輪機構設計要點 • 3. 棘輪機構案例分享
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一﹑報告目的
• 本部門所開發的自動化設備所用的運動機 構主要是一些連杆機構、帶傳動機構、鏈 傳動機構以及少量的凸輪機構等，棘輪機 構基本沒有運用。本次專題研究報告以棘 輪機構為研究對象。詳細介紹了棘輪機構 動作原理和設計要點并提供了應用棘輪機 構實例。為本部門今后的自動化設備開發 棘輪機構運用提供參考。