搜索搞明白機械原理之棘輪機構
2017-12-18 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
棘輪機構這個名字,有不少機械愛好者都表示很陌生,然而耳生不代表沒接觸過喲~~雖然大家很少留意到它們,但在生活中棘輪裝置幾乎是無處不在的。
棘輪機構是由看著很像齒輪的棘輪(ratchet)和棘爪(pawl)組成的一種單向間歇運動機構,它的作用是將連續轉動或往復運動轉換成單向步進運動。
機械專業的描述是:主動件空套在與棘輪固連的從動軸上,并與驅動棘爪用轉動副相聯。當主動件順時針方向擺動時,驅動棘爪便插入棘輪的齒槽中,使棘輪跟著轉過一定角度,此時,止回棘爪在棘輪的齒背上滑動。當主動件逆時針方向轉動時,止回棘爪阻止棘輪發生逆時針方向轉動,而驅動棘爪卻能夠在棘輪齒背上滑過,所以,這時棘輪靜止不動。因此,當主動件作連續的往復擺動時,棘輪作單向的間歇運動。
常用的外嚙合式棘輪機構,由主動擺桿,棘爪,棘輪、止回棘爪和機架組成(前面介紹的手動絞盤基本上就是一個棘輪機構的實物模型)。常用于各種機床和自動機的中間歇進給或回轉工作臺的轉位上,也常用在千斤頂上,在自行車中棘輪機構用于單向驅動,在手動絞車中棘輪機構常用以防止逆轉。其實它的應用非常廣泛。
↓↓間歇運動↓↓
↓↓單向運動:朝一個方向可以正常轉動,反向則會一卡一卡↓↓
↓↓單爪棘輪:搖臂逆時針旋轉時,起動爪即跟其擺動而推動棘輪,沿逆時針轉一角度,搖臂回擺時,棘輪則靜止不動。缺點為搖臂回擺時無作用,浪費時間。搖臂回擺時,可能會帶動棘輪向后運行,故需另家一止動爪子。
↓↓多爪棘輪:將原單爪棘輪的一個行程兩個或三個行程。可使傳動之效果更為細密。
↓↓雙動棘輪(Double Acting Ratchet Wheel):雙動棘輪係由二驅動爪交替間歇推動棘輪,不管搖桿左右擺動,都可以使棘輪往一定方向旋轉,沒有單爪棘輪之無效時間,故可產生近似連續之旋轉輸出運動。較單爪棘輪、雙爪棘輪節省時間。
↓↓可逆棘輪(Reversible Pawl,又稱回動棘輪):棘輪可視需要作正、反兩方向之旋轉。用於一般鉋床之自動進給機構及套筒板手。
↓↓起重棘輪:又稱棘齒條,當棘輪之直徑無窮大時,棘輪就成為棘齒條。棘齒條做間歇直線運動。前面提到的猴爬桿、水管扳手就是類似這樣的東西,你一定還能想到更多。
↓↓無聲棘輪(Silent Ratchet):棘輪機構工作時會發發出卡噠卡噠的噪音和振動。因為這種咔噠咔噠的特質聲,有了一種敲擊樂器,名字就叫棘輪。
但是老咔噠咔噠響也怪煩人的,工作頻率也不能過高。所以人們又發明了一種不使用驅動爪,而是利用摩擦力來驅動,故又稱為摩擦式棘輪,傳動時安靜無聲。常用于套筒板手及鉆床。
↓↓內摩擦棘輪機構↓↓
↓↓滾子內接棘輪機構↓↓
↓↓一小波棘輪裝置應用示意↓↓
↓↓盤狀棘輪↓↓
說了這么多,我們通過47副動畫來詳細了解下棘輪機構!
1.棘輪機構1(Ratchet mechanism 1)
將驅動軸的連續旋轉直接轉換成驅動軸的間斷性旋轉的設備。
2.棘輪機構2(Ratchet mechanism 2)
此機制直接將驅動軸的連續旋轉轉換成驅動軸的間斷性旋轉。
通過下移藍色棘爪無需改變輸入的運動方向即可改變被驅動軸的運動方向。
3.鈑金棘輪傳動1(Sheet metal ratchet drive 1)
1)適用于輕負載
2)低成本
3)適用于大規模生產
4)棘爪與棘輪的永久性接觸由棘爪的重量維持
4.鈑金棘輪傳動2(Sheet metal ratchet drive 2)
1)適用于輕負載
2)低成本
3)適用于大規模生產
4)棘爪與棘輪的永久性接觸由棘爪的重量維持
5.棘輪機構3(Ratchet mechanism 3)
通過調整粉色后蓋的位置可以得到綠色輪的不同旋轉角度。
拉動橙色棘爪并使其旋轉180°可以改變綠色輪的旋轉方向。
此機制用于成形器。
6.棘輪機構4(Ratchet mechanism 4)
棘輪有內齒。
7.棘輪機構5(Ratchet mechanism 5)
自行車自由輪。
藍色鏈輪從腳踏自行車接收運動。
黃色輪轂僅在藍色鏈輪順時針旋轉時旋轉。
黃色輪轂順時針旋轉對藍色鏈輪沒有影響。
由于彈簧的作用,紅色棘爪總是壓向鏈輪的內齒。
現實中使用了兩個棘爪。
8.棘輪機構8(Ratchet mechanism 8)
綠色輸入圓盤通過藍色棘爪使得輸出棘輪間斷性旋轉。
粉色和黃色銷控制棘輪的停止時間。
每一個銷使得棘輪在輸入圓盤旋轉1/8周期間停止。
由于彈簧(未顯示)的作用,藍色棘爪總是壓向棘輪齒。
9.棘輪機構9(Ratchet mechanism 9)
有兩個棘爪。
粉色棘爪推動棘輪。
綠色棘爪在粉色棘爪反向運動時維持棘輪靜止。
10.棘輪機構12(Ratchet mechanism 12)
有兩個棘爪。
綠色棘爪推動粉色齒輪,且不是一直與其接觸(不同于普通棘輪機構)。
藍色棘爪在綠色棘爪不推動齒輪時維持棘輪靜止。
11.銷齒輪棘輪機構1(Ratchet mechanism of pin gear 1)
輸入:粉色曲柄持續性旋轉
輸出:黃色銷齒輪
重力維持藍色棘爪和銷齒輪的接觸。
12.棘輪機構13(Ratchet mechanism 13)
黃色輸入圓盤通過橙色棘爪使得綠色輸出棘輪間斷性旋轉。
藍色凸輪的長度調節棘輪的運動時間。
13.棘輪機構15(Ratchet mechanism 15)
有兩個棘爪。
粉色棘爪推動棘輪。
綠色棘爪在粉色棘爪反向時維持棘輪靜止。
黃色凹槽凸輪為輸入。
14.棘輪機構16(Ratchet mechanism 16)
輸入:粉色曲柄的持續性恒速旋轉。
15.棘輪機構31(Ratchet mechanism 31)
輸入:綠色曲柄震蕩
輸出:棘輪間斷性旋轉
藍色彈簧維持黃色棘爪和棘輪的接觸。
特點:內齒棘輪、外棘爪
16.棘輪機構17(Ratchet mechanism 17)
輸入:綠色偏心軸
輸出:灰色棘輪
重力維持棘爪和棘輪的接觸。
17.棘輪機構27(Ratchet mechanism 27)
灰色電磁閥使得藍色桿往復運動。
異常處:橙色棘爪和藍色驅動桿通過棱形接頭連接,與普通棘爪所用的接頭不同。
扁彈簧的作用是維持棘爪和黃色輪的接觸。
18.空間棘輪機構1(Spatial Ratchet mechanism 1)
輸入:偏心軸持續旋轉
輸出:端面齒棘輪間斷性旋轉
重力維持藍色棘爪和輪的接觸。
19.空間棘輪機構2(Spatial Ratchet mechanism 2)
輸入:粉色曲柄持續性旋轉
輸出:齒數為Z的綠色棘輪
往復擺動的黃色曲柄使得棘輪旋轉方向相同。
輸入旋轉一周,輸出旋轉2/Z周,伴隨兩次駐留。
20.空間棘輪機構3a(Spatial Ratchet mechanism 3a)
輸入:橙色震蕩曲柄
輸出:齒數為Z的綠色雙棘輪
往復擺動的黃色曲柄使得棘輪旋轉方向相同。
輸入旋轉一周,輸出旋轉1/Z周,伴隨兩次駐留。
兩個棘輪間的角偏移量為360/2Z°。
21.棘輪機構18(Ratchet mechanism 18)
輸入:藍色曲柄
輸出:粉色棘輪
往復擺動的曲柄使得棘輪旋轉方向相同。
棘爪推動棘輪。
重力維持棘爪和棘輪的接觸。
22.棘輪機構19(Ratchet mechanism 19)
輸入:綠色曲柄
輸出:棘輪
往復擺動的曲柄使得棘輪旋轉方向相同。
棘爪推動棘輪。
重力維持棘爪和棘輪的接觸。
23.棘輪機構20(Ratchet mechanism 20)
輸入:綠色曲柄
輸出:藍色棘輪
往復擺動的曲柄使得棘輪旋轉方向相同。
黃色和橙色棘爪推動棘輪。
紫色彈簧維持棘爪和棘輪的接觸。
24.棘輪機構21(Ratchet mechanism 21)
輸入:粉色曲柄
輸出:可以雙向間斷性旋轉的黃色棘輪
紅色彈簧維持棘爪和棘輪的接觸。
灰色部分的作用是預防兩輪之間的接觸以及其中一個棘爪改變輸出的旋轉方向。
25.棘輪機構22(Ratchet mechanism 22)
輸入:粉色曲柄
輸出:綠色棘輪
往復擺動的藍色滑塊使得棘輪旋轉方向相同。
橙色棘爪和黃色棘爪推動棘輪。
紅色彈簧維持棘爪和棘輪的接觸。
26.棘輪機構23(Ratchet mechanism 23)
輸入:綠色曲柄
輸出:藍色棘輪
往復擺動的綠色曲柄使得棘輪旋轉方向相同。
橙色棘爪和黃色棘爪推動棘輪。
重力維持棘爪和棘輪的接觸。
27.棘輪機構23(Ratchet mechanism 23)
輸入:綠色曲柄
輸出:棘輪
往復擺動的綠色曲柄使得棘輪旋轉方向相同。
棘爪推動棘輪。
彈簧維持棘爪和棘輪的接觸。
28.銷齒輪棘輪機構2(Ratchet mechanism of pin gear 2)
輸入:綠色曲柄
輸出:黃色銷齒輪
往復擺動的綠色曲柄使得齒輪旋轉方向相同。
橙色棘爪和黃色棘爪推動齒輪。
灰色桿推動齒輪。
重力維持棘爪和棘輪的接觸。
29.棘輪機構24(Ratchet mechanism 24)
輸入:綠色曲柄
輸出:黃色棘輪
藍色棘輪自由配合在紫色固定軸上。
藍色棘輪和紫色軸間的摩擦由紅色彈簧產生,從而阻止藍色輪反向。
往復擺動的藍色滑塊使得棘輪旋轉方向相同。
粉色棘爪使得藍色棘輪旋轉。
橙色棘爪使得黃色棘輪旋轉。
重力維持棘爪和棘輪的接觸。
30.棘輪機構26(Ratchet mechanism 26)
輸入:藍色凸輪
輸出:旋轉間斷性伴有長時間駐留的粉色棘輪
往復擺動的黃色棘爪使得棘輪旋轉方向相同。
棘爪在棘輪駐留時維持其靜止。
紅色彈簧維持棘爪和凸輪的接觸。
31.棘輪機構32(Ratchet mechanism 32)
輸入:綠色曲柄
輸出:間斷性旋轉的齒數為Z的棘輪
重力維持2個共軸棘爪和棘輪的接觸。
棘輪的厚度必須為棘爪的兩倍。
32.棘輪機構33(Ratchet mechanism 33)
輸入:綠色曲柄
輸出:間斷性旋轉的齒數為Z的棘輪
重力維持3個相同棘爪和棘輪的接觸。
33.反反向棘輪機構2(Ratchet mechanism for anti-reverse 2)
黃色棘輪只逆時針旋轉。
藍色滑塊阻止機制反向。
34.反反向棘輪機構3(Ratchet mechanism for anti-reverse 3)
黃色端面齒棘輪只順時針旋轉。
粉色棘爪阻止機制反向。
35.摩擦棘輪機構1(Friction Ratchet mechanism 1)
黃色凸輪的作用相當于棘爪。
黃色凸輪和綠色無齒輪間的摩擦力驅動綠色輪。
相比普通棘輪機構沒有噪聲和反彈。
36.摩擦棘輪機構2(Friction Ratchet mechanism 2)
輸入:橙色擺動鼓
輸出:間斷性旋轉的黃色軸
四個扁彈簧只允許逆時針方向傳遞運動。
此機制用于輕型工程以及對輸入和輸出間的運動關系要求不嚴格的地方。
37.摩擦棘輪機構3(Friction Ratchet mechanism 3)
輸入:藍色擺動桿
輸出:間斷性旋轉的換色軸
彈簧的一端固定在藍色桿上。
彈簧盒黃色軸間需要輕微的抓力。
扭轉彈簧只允許順時針方向傳遞運動。
彈簧螺旋方向決定傳遞方向。
由于彈簧和軸之間的摩擦力,傾向于收緊彈簧的旋轉方向傳遞到黃色輸出軸。
對于反向,如果沒有反彈力或者負載,黃色輸出軸可以旋轉。
此機制用于輕型工程以及對輸入和輸出間的運動關系要求不嚴格的地方。
38.摩擦棘輪機構4(Friction Ratchet mechanism 4)
輸入:藍色擺動桿
輸出:間斷性旋轉的黃色內錐盤
當桿改變其方向時,紅色彈簧銷的輕微摩擦力阻止綠色外錐盤隨著桿旋轉。
因此,綠色盤像一個螺母沿著桿的螺紋往復移動。
此運動使得兩盤接觸或者脫離接觸。
39.摩擦棘輪機構5(Friction Ratchet mechanism 5)
輸入:藍色擺動桿
輸出:間斷性旋轉的棕色V型槽輪
黃色扁彈簧維持粉色棘爪和輪的接觸。
40.摩擦棘輪機構6(Friction Ratchet mechanism 6)
輸入:綠色擺動桿
輸出:間斷性旋轉的橙色輪
紅色扁彈簧維持黃色楔形物的接觸。
41.摩擦棘輪機構7(Friction Ratchet mechanism 7)
輸入:粉色曲柄
輸出:間斷性旋轉的黃色輪
紫色銷在無傳遞期間維持灰色蹄鐵的位置。
42.摩擦棘輪機構8(Friction Ratchet mechanism 8)
輸入:藍色擺動桿
輸出:間斷性旋轉的黃色輪
粉色銷可以在桿洞中滑動。
藍色軸的環形槽與銷的扁平底部接觸。
43.靜棘輪機構1(Quiet Ratchet mechanism 1)
輸入:持續旋轉的粉色曲柄
輸出:間斷性旋轉的黃色棘輪
4連桿(粉色曲柄,藍色連桿,橙色棘爪塊和綠色搖桿)使得綠色搖桿擺動。
紫色阻塞物與綠色搖桿配合。
為綠色搖桿創造破壞力的方法未顯示。
由于搖桿往回擺動,棘爪不會和棘輪接觸,所以此機制安靜。
44.靜棘輪機構2(Quiet Ratchet mechanism 2)
輸入:持續旋轉的粉色曲柄
輸出:間斷性旋轉的黃色棘輪
滑槽機構(粉色曲柄,藍色滑塊和綠色凹槽搖桿)使得綠色搖桿擺動。
粉色曲柄為紫色曲柄創造破壞力。
綠色搖桿上的兩個銷與棘爪接觸。
由于搖桿往回擺動,棘爪不會和棘輪接觸,所以此機制安靜。
45.靜棘輪機構2(Quiet Ratchet mechanism 3)
輸入:持續旋轉的粉色曲柄
輸出:間斷性旋轉的黃色棘輪
六連桿(粉色曲柄,藍色連桿,黃色和紫色桿,橙色棘爪和綠色搖桿)使得綠色搖桿擺動。
兩個紅色阻塞物與綠色搖桿配合。
為綠色搖桿創造破壞力的方法未顯示。
來源:機械學霸
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