棘轮机构设计及应用

1、棘輪機構的設計及應用棘輪機構的設計及應用 目錄 1. 棘輪機構原理介紹棘輪機構原理介紹 2. 棘輪機構設計要點棘輪機構設計要點 3. 棘輪機構案例分享棘輪機構案例分享一報告目的 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。 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

2、叫棘輪機構。 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。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。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。圖A 1) 齒式棘

3、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B 圖C 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。 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所示圖D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

4、轉到虛線位置，棘輪則可作順時針方向的間歇運動。圖E 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。圖F 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

5、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。 圖G (單向離合器)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輪機構結構簡單，制造方便，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。摩擦式棘輪機構運動平穩、噪音小，可實現棘輪轉角無級調整。運動准確性差。棘輪機構設計要點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

6、、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 = 830），然后选定模数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 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

7、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。 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，完成工作台的橫向間隙進給。b. 制動b. 制動b. 制動b. 制動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。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。 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