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棘轮机构基础知识
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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,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

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。

3.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

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。

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γ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γ/3 ,当摆杆转角Ф1在γ≥Ф1≥γ/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Ф2为 γ≥Ф2≥γ/3 范围内γ/3 整数倍。

(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (2005-2-18)
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佳工网友 A 于2009-4-22 14:59:00评论说:
谢谢您了!(电话:12345678987)
佳工网友 华工网友 (Email) 于2005-9-27 10:46:00评论说:
有没成品直接购买啊
佳工网友 于2005-8-18 21:06:00评论说:
双向棘轮杭州何处能买到
佳工网友 于2005-7-20 23:52:00评论说:
有没成品直接购买啊


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