棘轮机构Ratchet mechanism

Ratchet mechanism，即棘轮机构，是一种含有棘轮和棘爪的主动件作往复运动，从动件作步进运动的机构。

一、基本组成

棘轮机构主要由棘轮、棘爪、主动摆杆（或摇杆）、止回棘爪和机架等部件组成。棘轮通常具有单向齿，棘爪则铰接于主动摆杆上。当主动摆杆摆动时，棘爪会插入或滑过棘轮的齿槽，从而驱动或停止棘轮的转动。

二、工作原理

棘轮机构的工作原理基于棘爪与棘轮齿槽之间的相互作用。当主动摆杆逆时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮的齿槽中，推动棘轮同向转动。而当主动摆杆顺时针方向摆动时，棘爪在棘轮上滑过，棘轮则停止转动。为了确保棘轮不反转，常在固定构件上加装止逆棘爪。

三、分类

棘轮机构按结构形式可分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构两种：

1. 齿式棘轮机构：结构简单，制造方便。其动与停的时间比可通过选择合适的驱动机构来实现。
2. 摩擦式棘轮机构：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，但传动精度不高，适用于低速轻载的场合。

四、应用

棘轮机构广泛应用于各种机床和自动机中间歇进给或回转工作台的转位上，也常用于千斤顶上。在自行车中，棘轮机构用于单向驱动；在手动绞车中，则常用以防止逆转。此外，棘轮机构还可用于实现快速超越运动等复杂运动形式。

五、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、齿面倾斜角的确定以及行程和动停比的调节方法等因素。设计时需根据具体的应用场景和需求进行综合考虑，以确保机构的稳定性和可靠性。

棘轮机构（Ratchet mechanism）机械动画

棘轮机构，是一种含有棘轮和棘爪的主动件作往复运动，从动件作步进运动的机构。

一、基本组成与工作原理

棘轮机构主要由棘轮、棘爪、机架等部件组成。棘轮通常具有单向齿，棘爪则铰接于主动件（如摇杆）上。当主动件按某一方向（如逆时针方向）摆动时，驱动棘爪便插入棘轮的齿槽中，推动棘轮同向转动；而当主动件按相反方向（如顺时针方向）摆动时，棘爪在棘轮上滑过，棘轮则停止转动。为了确保棘轮不反转，常在固定构件上加装止逆棘爪。

二、分类与特点

棘轮机构按结构形式可分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构：

1. 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。
   • 工作时常伴有噪声和振动，因此工作频率不能过高。
2. 摩擦式棘轮机构：
   • 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。
   • 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，但传动精度不高。
   • 适用于低速轻载的场合。

三、应用与实例

棘轮机构广泛应用于各种机床和自动机中间歇进给或回转工作台的转位上，也常用于千斤顶上。以下是一些具体的应用实例：

1. 牛头刨床：在牛头刨床中，为了切削工件，刨刀需作持续往复直线运动，工作台则作间歇移动。棘轮机构可用于实现工作台的间歇进给运动。
2. 自行车：在自行车中，棘轮机构通常用于单向驱动，如后轮的飞轮机构，它允许骑行者在踩踏时驱动后轮前进，但在不踩踏时后轮能自由转动而不带动脚踏。
3. 手动绞车：在手动绞车中，棘轮机构常用于避免逆转，确保绞车在工作时能够稳定地提升或牵引重物。

四、设计要点

棘轮机构的设计主要应考虑以下几个方面：

1. 棘轮齿形的选择：根据棘轮机构所承受的载荷大小和工作环境选择合适的齿形。如不对称梯形齿形用于承受载荷较大的场合；三角形或圆弧形齿形用于载荷较小的场合；矩形和对称梯形齿形则用于双向式棘轮机构。
2. 模数齿数的确定：根据棘轮机构的传动比、动程和强度要求确定棘轮的模数和齿数。
3. 齿面倾斜角的确定：齿面倾斜角的大小会影响棘轮机构的传动效率和可靠性。应根据具体的应用场景和需求选择合适的齿面倾斜角。
4. 行程和动停比的调节方法：通过改变驱动机构的构造参数或遮齿罩的位置等措施来调节棘轮机构的行程和动停比。