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棘轮机构
 
微课
常用间歇运动机构的工作原理及应用

在生产中,当主动件作连续运动时,从动件做周期性的运动和停顿,这类机构称为间歇运动机构,也称为步进机构。它在各种自动化机械中得到广泛的应用,用来满足送进、制动、转位、分度、超越等工作要求。常用的步进机构可以分为两类:主动件往复摆动,从动件间歇运动,如棘轮机构;主动件连续转动,从动件间歇运动,如槽轮机构、不完全齿轮机构等。

测一测
 

一、棘轮机构的工作原理

典型的棘轮机构如动画所示。该机构为轮齿式外啮合棘轮机构,由棘轮摇杆1和止动爪4、弹簧5和机架所组成。棘轮3固装在传动轴上,棘轮的齿可以制作在棘轮的外缘、内缘或端面上,而实际应用中以外缘齿居多。摇杆1空套在传动轴上。摇杆及饺接于其上的棘爪为主动件,棘轮为从动件。
当摇杆沿逆时针方向摆动时,棘爪2嵌入棘轮3上的齿间,推动棘轮转动。当摇杆沿顺时针方向转动时,止动爪4阻止棘轮顺时针转动,同时棘爪2在棘轮齿背上滑过,此时棘轮静止。这样,当摇杆往复摆动时,棘轮便可以得到单向的间歇运动。
 
动画
动画-外啮合棘轮机构
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二、棘轮机构的分类

(一)按摆杆的结构形状分类

按摆杆的结构形状,棘轮机构可分为单动式棘轮机构和双动式棘轮机构。双动式棘轮机构又有直头和钩头之分。

(二)按棘轮的结构形状分类

按棘轮的结构形状,棘轮机构可分为外棘轮机构、内棘轮机构、摩擦棘轮机构和棘条棘轮机构。

想一想
 
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(三)按棘轮的运动方向分类

按棘轮的运动方向,棘轮机构可分为单向棘轮机构(见动画-单动式棘轮机构)和可变向棘轮机构(见动画-矩形齿双向棘轮机构、动画-回转棘爪双向棘轮机构)。

动画-矩形齿双向棘轮机构,驱动棘爪1在实线位置时,棘轮2作逆时针间歇转动;将驱动棘爪1绕A点翻转成双点画线位置时,棘轮2作顺时针间歇转动。

动画-回转棘爪双向棘轮机构,当棘爪2按图示位置放置时,棘轮3作逆时针间歇转动;若将棘爪提起,并绕本身轴线转动180°后再插入棘轮齿槽时,棘轮作顺时针方向间歇转动;若将棘爪提起绕本身轴线转动90°,棘爪将被架在壳体的平面上,使轮与爪脱开;当棘爪往复摆动时,棘轮静止不动。

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三、棘轮机构的特点和应用

轮齿式棘轮机构结构简单、运动可靠,棘轮的转角容易实现有级的调节。但是这种机构在回程时,棘爪在棘轮齿背上滑过产生噪声;在运动开始和终了时,由于速度突变而产生冲击,运动平稳性差,且棘轮轮齿容易磨损,故常用于低速轻载等场合。摩擦式棘轮传递运动较平稳、无噪声,棘轮角可以实现无级调节,但运动准确性差,不易用于运动精度高的场合。

动画-提升机中的棘轮制动器

棘轮机构常用在各种机床、自动机、自行车、螺旋千斤顶等各种机械中。棘轮还被广泛用作防止机械逆转的制动器中,这类棘轮制动器常用在卷扬机、提升机、运输机和牵引设备中。动画一提升机中的棘轮制动器中,重物被提升后,由于棘轮受到止动爪的制动作用,卷筒不会在重力作用下反转下降。

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