棘轮设计举例说明

棘轮的设计

大家可以按照下面的步骤来进行设计，实际问题再实际分析(1)棘轮的设计

棘轮的齿数，如果系手摇绞车所用，大约为8~16齿

的程度。本设计取z=14。

作为中间轴的力矩，为制动器之项的回转力矩

Mt = (作用於制动轮的回转力)x(制动轮的半径)

= ＴxＲB

Ｔ=258kg ＲB=12.5cm 代入

Ｍt=258x12.5=3225kgcm

p=3.75*( Ｍt/(z*sb*Ｋ))0.333以上记之值代入

z=14

sb=300kg/cm2

Ｋ=(0.5~1.0) 取0.8

P=3.75(3225/14/300/0.8)0.333=36mm

模数m = p/p = 36/3.14 ≒11.46 ≒12

m = 12

p = m*p

= 12 x 3.14 ≒37.7mm

齿的高度h = 0.35p = 0.35x37.7 = 13.195mm = 14mm

齿尖的厚度c = 0.25p = 0.25x37.7 = 9.42 = 10mm

棘轮的外接直径D = m*z = 12x14 = 168mm

棘轮的宽度b = Ｋ*P = 0.8*37.7 = 30.16mm = 30mm

掣子的角度a=15°

对棘轮的压力的压溃强度

由sc = Ｔ/(bh)，Ｔ= 2Ｍt/Ｄ之值代入

Ｍt= 3225kgcm

Ｄ= 16.8cm

b = 3cm

h = 1.4cm

sc= 3225x2/16.8/3/1.4

=91.4kg/cm2=0.914kg/mm2

容许压应力的范围0.5~1.0kg/mm2，所以上记之值在此

范围内不会因受压缩而压溃

(2)掣子轴的设计

掣子轴的直径为d 在掣子轴发生弯曲力作用，故其弯曲

力矩设为M，则

M = (作用於掣子的力)x(掣子宽x棘轮宽) / 2

= Ｔ*b/2

Ｔ= 2Ｍt/Ｄ

= 3225x2/16.8=383.9kg

Ｔ= 384(kg)*3/2=576kgcm

sb= 400kg/cm2

d= (32M/p/sb)0.333

=(32x576/3.14/400)0.333=2.45

d= 25mm

掣子轴受剪的情形：取ss=400kg/cm2

d=(4Ｔ/psS)0.5

=(4X384/3.14/400)0.5=1.12cm

=12mm

由上记两者比较，应取受弯曲作用时之直径d=25mm

(3)板弹簧的设计

使用板弹簧、板弹簧的设计，需考虑制动轮、掣子、

棘轮、中间轴、机架的相互位置，於绘制构想图中决

定之，即棘轮的大小，棘轮齿的宽度，均应考虑，

然後在构想的阶段假定长l，厚t，宽b，求其弯曲应力。

求挠度先求弹簧压力Ｐ，此值在选取时应与弹簧的使用

压力范围比较之，如Ｐ值在使用范围，则设计上当可安全。

假定l=120mm，宽b=30mm，t=1.4mm，求s

此值希望在50kg/mm2以内，试计算之。

s=(3*d*Ｅ*t)/(2l2)=(6*l*Ｐ)/(b*t2)

=(3x1.4x2.1x106x0.14)/(2x122)=1234000/288

=4284.7kg/cm2=43kg/mm2

但d=14mm，大约与掣子的高度相等。

Ｅ=2.1X106kg/cm2

又

将s = 43kg/cm2代入上式，如Ｐ之压力值在5kg以内之程度，则假定的弹簧可以使用

Ｐ=(1.4x2.1x106x3x0.143)/(4x123)=24202/6912=3.5014=3.5kg

弹簧的容许弯曲应力50kg/cm2以内，弹簧的压力在5kg以内，故假定之值均可满足这些?

条件因此吾人决定下列的尺寸l=120mm，b=30mm，t=1.4mm

使用SUP5材料

第一节棘轮机构

一棘轮机构的工作原理

棘轮机构有如下缺点：①驱动杆只能向一个方向摆动时驱动棘轮；②棘轮只能单向运动；③棘轮的转角必须是相邻两齿所夹中心角的倍数，也就是说，棘轮的转角不能连续改变(称为有级改变)；④驱动杆回摆时，驱动棘爪在棘轮齿背上滑过，因而存在噪声。

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二、棘爪工作条件

如图所示，为了使棘爪受力最小，应使棘轮齿顶Ａ和棘爪的转动中心的连线垂直于棘轮半径O1A，即∠O1AO2=90°。轮齿对棘爪作用的力有：正压力Ｎ和摩擦力Ｆ。当棘齿偏斜角为时，力Ｎ有使棘爪逆时针转动落向齿根的倾向，而摩擦力Ｆ阻止棘爪落向齿根。

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为了保证棘轮正常工作，使棘爪啮紧齿根，必须使力Ｎ对O2的力矩大于Ｆ对O2的力矩，即/jxyl/chapter07/inside_07_01_03_m.htm