棘轮机构的组成及其工作原理
一、棘轮机构的组成及其工作原理
一、棘轮机构的组成及其工作原理
棘轮机构是一种用于传递运动和力的机械装置，由棘轮和棘爪组成。
棘轮是一种具有一定数量的齿轮，通常是一个扁平的圆盘状零件，其中齿轮呈V形或U形，并沿周边均匀分布。
而棘爪是一种与齿轮接触的零件，它通常是一个弯曲的金属片或一段V形弹片，扇形地布置在棘轮周围。
棘轮机构的工作原理是通过使棘爪与棘轮的齿轮相互咬合，并将扭矩传递到轴上，从而实现动力传递。
在静止状态下，棘爪与齿轮不接触，因此不存在动力传递。
当齿轮开始旋转时，由于齿轮齿数的限制，棘轮同时只能转动一小段角度，在此期间，一个或多个棘爪会与齿轮齿咬合，从而将扭矩传递到轴上。
棘轮机构通常用于控制运动方向，例如汽车手刹和螺丝刀等工具。
在汽车手刹中，当手刹拉起时，一根杠杆将棘轮与车轮连接，通过棘轮机构将车轮上的扭矩传递到后轴，从而防止车辆移动。
在螺丝刀中，棘轮机构用于保持螺丝头的位置，从而加快拧紧螺丝的速度。
当螺丝头旋转时，扭矩将传递到轴上，由于瞬时反向，棘轮会锁定齿轮，从而锁定螺丝头的位置。
总之，棘轮机构是一种简单但实用的机械传动装置，它通过棘轮和棘爪的组合，将动力传递到轴上，同时实现运动方向的控制。
棘轮机械结构
棘轮机械结构一、引言棘轮机械结构，也称为摩擦传动机构，是一种常见的机械传动装置。
它可以将旋转运动转换为直线运动，广泛应用于机床、自动化生产线、自动门等领域。
本文将全面、详细、完整地探讨棘轮机械结构的原理、构造和应用，以及其中的优缺点和改进方向。
二、原理与构造2.1 棘轮原理棘轮是由一个齿轮和一个棘爪（也称为棘爪轮）组成的。
棘轮的原理基于摩擦力的作用，通过棘爪与齿轮间的摩擦，使得齿轮只能在一个方向上旋转，而无法逆向旋转。
2.2 棘轮的构造棘轮的齿轮通常是一个平面齿轮或圆柱齿轮，上面具有一定的齿数；棘爪通常是一个带有相应数量的刚性接触面的曲线片或扇形片。
齿轮和棘爪之间的摩擦力可以通过弹簧或惯性元件来控制，以确保稳定的传动效果。
三、应用3.1 机床行程控制棘轮机械结构常用于机床的行程控制，特别是在需轻量、紧凑和高精度的情况下。
通过合理设计和安装棘轮机械结构，可以实现精确的工件定位和快速的工件切换。
3.2 自动化生产线在自动化生产线中，棘轮机械结构被广泛应用于传送带、装配线等设备上。
利用棘轮的单向传动特性，可以实现工件自动定位、分拣和装配，提高生产线的效率和准确性。
3.3 自动门系统棘轮机械结构也可以用于自动门系统中，实现门的自动开关。
通过合理设计和控制，可以实现门的平稳、快速的开启和关闭，提高门的使用便利性和安全性。
四、优缺点4.1 优点•简单易制造：棘轮机械结构的制造和安装相对简单，成本较低。
•紧凑高效：棘轮机械结构体积小巧，适用于空间有限的场合。
•稳定可靠：棘轮机械结构的单向传动特性能够保证传动机构的稳定和可靠性。
4.2 缺点•摩擦损耗：由于摩擦力的存在，棘轮机械结构会产生一定的能量损耗和热量，降低传动效率。
•噪声和振动：棘轮机械结构在工作时会产生噪声和振动，不适合对噪声和振动敏感的应用场合。
•限制速度和载荷：棘轮机械结构的传动速度和载荷受到一定限制，不适用于高速和大负荷的情况。
五、改进与展望为了克服棘轮机械结构的缺点，需要进一步改进和优化。
机械原理-其他常用机构棘轮机构
§7-1 棘 轮 机 构
一、棘轮机构的基本结构和工作原理
主动摆杆
棘轮不动 棘 轮 运 动
驱动棘爪
棘轮
止动棘爪
二、棘轮机构的类型
常用棘轮机构可分为轮齿式与摩擦式两大类
单动式棘轮机构
轮 棘 单向式棘轮机构
齿轮 棘 式机
双动式棘轮机构
轮
构 双向式棘轮机构
机
构
摩 棘 偏心楔块式棘轮机构
擦轮
式机
为：
t2
k
'
1
t2 k '
t1
2
' 221
2 122,
2 2
2
z
z ——槽轮径向槽数
k( 2 )
z
2
k z2
2z
要使槽轮有停歇，其运动时
间 t2< t1，即：
1
k 2z z 2
由于当 z 3 时必然有：
1 2 z 2 z2
故内槽轮机构拨盘上的圆
柱销只能有一个
2、槽轮机构的角速度和角加速度 槽轮的转角2 和拨盘的转角1 关系为：
滑块
摆杆
以上两种调整棘轮转角的方法， 棘轮的最小转角都不小于一个齿距 角。若要使棘轮的转角小于一个齿 距角，则应采取以下方法：
（3）多爪棘轮机构角
棘爪数——n
棘轮齿距角——
摆杆转角——1 棘轮转角——2
3
1
3
2
多爪棘轮机构
3、棘轮机构的可靠工作条件
（1）棘爪的可靠啮合条件
欲使棘爪顺利的滑入
构 滚子楔紧式棘轮机构
单动式棘轮机构
外 啮 式
内 啮 式
双动式棘轮机构
棘轮机构的工作原理简述
棘轮机构的工作原理简述
棘轮机构是一种能够实现单向传动的机械装置，它能够将一个方向的旋转运动转换为另一个方向的旋转运动。
它由棘轮、动力传动轴、驱动轴、外壳等部件组成。
棘轮是这个机构的核心部件，它通常呈圆盘状，表面上有一圈或多圈的齿（棘），棘轮的齿与其它相关部件联接在一起，通过齿的摩擦来实现传动。
棘轮机构的工作原理是利用棘轮的齿和其它部件之间的摩擦力，实现单向传动。
当棘轮受到外力或扭矩时，其齿会与相邻部件的摩擦力足够大而使得棘轮带动相邻部件一起旋转，从而实现了单向传动。
而反向传动时，由于压力的方向改变或松弛，摩擦力不再足够大，棘轮的齿就会脱离相邻部件，导致失去了传动能力，保证了只有单向传动的效果。
棘轮机构的工作过程可以分为三个阶段：拨动、驱动和拨动复位。
在拨动阶段，棘轮的齿与相邻部件之间的摩擦开始增加，直到达到一定的阈值，棘轮就开始带动相邻部件一起进行旋转，这个过程就是传动过程。
在驱动阶段，棘轮已经带动了相邻部件，实现了传动，从而完成了预定的工作。
在拨动复位阶段，外力或扭矩改变了方向，摩擦力减小，棘轮的齿就会脱离相邻部件，使得传动中断，棘轮回到初始位置，等待下一次传动。
棘轮机构的工作原理可以应用于各种领域，如工业生产中的输送设备、汽车传动系统、工程机械等。
它具有结构简单、可靠性高、传动效率高等优点，受到广泛的应用。
总的来说，棘轮机构能够通过齿和其它部件之间的摩擦力实现单向传动，这种机构能够在工业生产和机械领域发挥重要的作用。
棘轮机构的原理应用图
棘轮机构的原理应用图一、什么是棘轮机构棘轮机构是一种常见的传动机构，利用棘齿的相互啮合来实现转动的传动方式。
它由一定数量的等距分布的棘齿和齿轮组成，通过齿与齿之间的间隙，以及齿的锁定和释放来实现转动的传递。
二、棘轮机构的工作原理1.齿轮锁定状态：在棘轮机构中，棘齿与齿轮的啮合时，齿轮不会发生转动，这时候就是齿轮的锁定状态。
齿轮的锁定状态是通过棘齿尖端与齿轮表面的凸起相互啮合形成的。
当受到额外的扭矩时，齿轮始终保持锁定状态。
2.齿轮释放状态：在棘轮机构中，棘齿离开齿轮的凸起时，齿轮就能够自由转动，这时候就是齿轮的释放状态。
齿轮的释放状态是通过棘齿的离合来实现的。
当扭矩消失，或者逆转方向时，棘齿会迅速离开齿轮的凸起，齿轮就能够自由转动。
三、棘轮机构的应用图下面是一些棘轮机构的常见应用图：1.汽车手刹：–手刹是一种常见的棘轮机构应用。
它通过棘轮机构实现汽车的停车制动。
当手刹被拉起时，棘轮与齿轮间的啮合将车轮锁定，防止车辆滑动。
2.台钳：–台钳也是一种常见的棘轮机构应用。
台钳通过棘轮机构实现夹取和释放工件的功能。
当台钳夹紧工件时，棘齿锁定工件，保持夹持力。
当需要释放工件时，棘齿与齿轮的凸起分离，工件就能够自由取出。
3.门闩锁：–门闩锁也是一种常见的棘轮机构应用。
它通过棘轮机构实现门的锁定和解锁功能。
当门闩锁起来时，棘齿与齿轮的啮合将门锁定。
当需要打开门时，棘齿与齿轮的凸起分离，门就能够打开。
4.手动升降机：–手动升降机通常通过棘轮机构实现升降的功能。
突出的棘齿可以确保升降机在停止时保持在所需位置。
结论棘轮机构是一种常见的传动机构，通过棘齿的锁定和释放来实现转动的传递。
它在汽车手刹、台钳、门闩锁和手动升降机等领域都有广泛的应用。
通过了解棘轮机构的工作原理和应用图，我们可以更好地理解和应用这一传动机构。
棘轮
五、棘轮机构1.棘轮机构的原理及分类1.1棘轮机构的工作原理典型的外啮合棘轮机构如图5.1所示，它由摇杆、棘轮、止回棘爪、机架和弹簧组成。
机构通常以往复摆动的摇杆为主动件，棘轮为从动件。
当摇杆连同棘爪顺时针摆动时，棘爪卡入棘轮的齿槽底部，并推动棘轮转过相应的角度；当摇杆以逆时针摆动时，棘爪从棘轮齿顶滑过，止回棘爪组织棘轮跟随摇杆反转，棘轮静止不动。
棘爪和只会棘爪都是利用弹簧与棘轮始终保持接触和分离。
这样，摇杆连续往复摆动时，棘轮得到单向的间隙转动。
摇杆的往复摆动可由曲柄摇杆机构、齿轮机构和摆动油缸等实现，在传递很小动力时，也有用电磁铁直接驱动棘爪的。
棘轮每次转过的角度称为动程。
动程的大小可利用改变驱动机构的结构参数或遮齿罩的位置等方法调节，也可以在运转过程中加以调节。
如果希望调节的精度高于一个棘齿所对应的角度，可应用多棘爪棘轮机构。
5.11.2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：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。
5.2齿式棘轮机构摩擦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：内啮合棘轮机构的特点是结构紧凑，外形尺寸小。
5.3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。
棘 轮 机 构
棘轮机构
链条 1
2 n
3 4
图 8 - 8 自行车后轴上的飞轮超越机构
机械设计基础
Machine Design Foundation
棘轮机构
棘轮机构还可以起到制动的作用。 在一些起重设 备或牵引设备中， 经常用棘轮机构作为制动器， 以防 止机构的逆转。 图 8 - 7 所示为起重机的棘轮制动器。
机械设计基础
机械设计基础
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3
棘轮机构 1
2
图 8 - 2 摩擦式棘轮机构
机械设计基础
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棘轮机构
2. 根据啮合方式分类
根据棘轮机构的啮合方式， 棘轮机构又可分为外啮 合棘轮机构和内啮合棘轮机构两种。 外啮合棘轮机构的 轮齿分布在棘轮的外缘， 如图 8 - 1所示； 内啮合棘轮机 构的轮齿分布在棘轮的内缘， 如图 8 - 8所示。图8-1Βιβλιοθήκη 棘轮机构工作原理机械设计基础
Machine Design Foundation
棘轮机构
2. 工作原理
如图8-1，棘轮机构主要由棘轮、棘爪、摇杆和机 架等组成。棘轮2与传动轴固连在一起，驱动棘爪3铰 接于摇杆1上，摇杆1空套在与棘轮2固连的从动轴上， 并可绕其来回摆动。当摇杆1逆时针方向摆动时，与它 相联的驱动棘爪3插入棘轮的齿槽内，推动棘轮转过一 定的角度；当摇杆顺时针方向摆动时，驱动棘爪3便在 棘轮齿背上滑过，这时，片簧6迫使制动棘爪5插入棘 轮的齿间，阻止棘轮顺时针方向转动，故棘轮静止。 因此，当摇杆往复摆动时，棘轮作单向的间歇运动。
机械设计基础
Machine Design Foundation
棘轮机构的组成及工作原理.
棘轮机构的组成及工作原理
一 二 三
课题引入
棘轮机构的组成
棘轮机构的工作原理
课题引入
牛头刨床中刨刀做往复 直线运动。由于刨刀刨削工 件时工件必须保持静止，而 刨削动作完成后，刨刀往回 退时，工作台送进到下一刨 削位置。因此，工作台需做 时进时停的间歇移动。 棘轮机构：连续转动 歇转动
牛头刨床的横向棘轮进给机构
（点击图片演示视频）
图示牛头刨床工作台的横向进给机构利用棘轮机构实现 正反间歇转动, 然后通过丝杠螺母带动工作台作横向间歇送 进运动。
螺旋机构：间歇转动 直线进给运动。
间
间歇
牛头刨床进给自动机械中，加工成品或输送工件时，在加 工工位为完成所需的加工过程，需要提供给工件一 定时间的间歇，所采用的机构是间歇机构。
光盘印制机械中的间歇机构
课题引入
• 间歇机构是能够将主动件的连续运动转换成从 动件的周期性运动或停歇（时动时停）的机构。
• 常见的间歇机构类型有：棘轮机构、槽轮机构、 不完全齿轮机构等。
棘轮机构的组成
２－棘爪 ３－摇杆 ５ －曲柄 ４ －止回爪 １－棘轮
曲柄摇杆机构：由曲柄5与摇杆3和机架、连杆组成。 将曲柄的转动 摇杆的往复摆动。 棘轮机构：驱动棘爪2与主动摇杆3用转动副连接；止动棘爪4（止 回爪）与机架用转动副连接，弹簧保证棘爪与棘轮啮合。
棘轮机构的工作原理
摇杆顺时针摆动： 驱动 棘爪借助弹簧或自重的作 用插入棘轮的齿槽内使棘 轮随着转过一定的角度。
摇杆逆时针摆动：驱动 棘爪在棘轮齿背上滑过。 这时，簧片迫使制动棘爪 插入棘轮的齿槽，阻止棘 轮顺时针方向转动——棘 轮静止不动 。
主动件摇杆连续往复摆动 轮作单向的间歇运动。
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棘轮 类型
按工作方式有： 单动式、 双动式棘轮机构。
按棘轮转向是否可调:
单向、双向运动棘轮机构。
按转角是否可调: 固定转角、可调转角
按工作原理分有 : 轮齿棘轮、 摩擦棘轮
JM 返回
双动棘轮机构
JM 返回
棘轮可双向运动
A
B
B’
JM 返回
φ
调滑动罩
可调转角的棘轮
0 1
2
3 4 5
牛头刨床进给调整机构 通过调整杆长来调摆角
h
o1
r1 rf
JM 返回
JM 返回
1 2
3
3 2
1
摩擦棘轮
超越离合器
3 4 2
1
JM 返回
运动特点： 轮齿式棘轮工作时噪音大且转角为步进可调，但运动准确。
而摩擦棘轮正好相反。
应用：在各类机床中实现进给、转位、或分度。
实例：止动器、牛头刨床、冲床转位、 超越离合器（单车飞轮）。
C D
冲压工位
冲头 卸料工位
B
装料工位
间歇转动
h=0.75m a=m a1=(0.5~0.7)a α＝20°
棘轮宽b
b=(1~4)m
棘爪斜高h1 、齿斜高h’ 棘轮齿根圆角半径rf 棘爪尖端圆角半径r1
棘爪长度L
h1=h’ ≈h/cosα
rf =1.5 mm r1 =2 mm 一般取 L=2p
齿槽角
L
p
o2
h1 a
h’ a1 α
da
60°~80°
第五十六讲 组成：摆杆、棘爪、棘轮、止动爪。 工作原理：摆杆往复摆动，棘爪推动棘轮间歇转动。
优点：结构简单、制造方便、运动可靠、转角可调。
缺点：工作时有较大的冲击和噪音，运动精度较差。 适用于速度较低和载荷不大的场合。
二、棘轮机构的类型与应用 按轮齿分布有： 外缘、 内缘、 端面棘轮机构。
A
JM 返回
三、设计要点
正压力－Pn
摩擦力－F
要求在工作时，棘爪在Pn和F的作用下，能自动滑入棘轮齿槽。
条件是两者对O’的力矩要满足 如下条件：
Mpn>MF
L
o2 M pr
F α Ft
Fr A
将两个力分解成切向和径向分量
Pn sinα L > Fcosα L
pn
α
pt
Σ=90°
α
∵ F= Pn f 代入得：
tgα> f =tgφ ∴ α>φ
da
o1
当 f=0.2 时，φ＝11°30’
通常取α＝20°
齿偏角
JM 返回
棘轮几何尺寸计算公式
棘轮参数
计算公式或取值
齿数z
12~25
模数m
1、1.5、2、2.5、3、 3.5、4、5、6、8、10
顶圆直径da 齿间距p
da =mz P=πm
齿高h 齿顶弦长a 棘爪工作面长度a1 齿偏角α