搜索搞明白機(jī)械原理之棘輪機(jī)構(gòu)
2017-12-18 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
棘輪機(jī)構(gòu)這個名字,有不少機(jī)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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu),它的作用是將連續(xù)轉(zhuǎn)動或往復(fù)運動轉(zhuǎn)換成單向步進(jìn)運動。
機(jī)械專業(yè)的描述是:主動件空套在與棘輪固連的從動軸上,并與驅(qū)動棘爪用轉(zhuǎn)動副相聯(lián)。當(dāng)主動件順時針方向擺動時,驅(qū)動棘爪便插入棘輪的齒槽中,使棘輪跟著轉(zhuǎn)過一定角度,此時,止回棘爪在棘輪的齒背上滑動。當(dāng)主動件逆時針方向轉(zhuǎn)動時,止回棘爪阻止棘輪發(fā)生逆時針方向轉(zhuǎn)動,而驅(qū)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(dāng)主動件作連續(xù)的往復(fù)擺動時,棘輪作單向的間歇運動。
常用的外嚙合式棘輪機(jī)構(gòu),由主動擺桿,棘爪,棘輪、止回棘爪和機(jī)架組成(前面介紹的手動絞盤基本上就是一個棘輪機(jī)構(gòu)的實物模型)。常用于各種機(jī)床和自動機(jī)的中間歇進(jìn)給或回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)位上,也常用在千斤頂上,在自行車中棘輪機(jī)構(gòu)用于單向驅(qū)動,在手動絞車中棘輪機(jī)構(gòu)常用以防止逆轉(zhuǎn)。其實它的應(yīng)用非常廣泛。
↓↓間歇運動↓↓
↓↓單向運動:朝一個方向可以正常轉(zhuǎn)動,反向則會一卡一卡↓↓
↓↓單爪棘輪:搖臂逆時針旋轉(zhuǎn)時,起動爪即跟其擺動而推動棘輪,沿逆時針轉(zhuǎn)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?？墒箓鲃又Ч鼮榧?xì)密。
↓↓雙動棘輪(Double Acting Ratchet Wheel):雙動棘輪係由二驅(qū)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(zhuǎn),沒有單爪棘輪之無效時間,故可產(chǎn)生近似連續(xù)之旋轉(zhuǎn)輸出運動。較單爪棘輪、雙爪棘輪節(jié)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(zhuǎn)。用於一般鉋床之自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)及套筒板手。
↓↓起重棘輪:又稱棘齒條,當(dāng)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(jī)構(gòu)工作時會發(fā)發(fā)出卡噠卡噠的噪音和振動。因為這種咔噠咔噠的特質(zhì)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(fā)明了一種不使用驅(qū)動爪,而是利用摩擦力來驅(qū)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(nèi)摩擦棘輪機(jī)構(gòu)↓↓
↓↓滾子內(nèi)接棘輪機(jī)構(gòu)↓↓
↓↓一小波棘輪裝置應(yīng)用示意↓↓
↓↓盤狀棘輪↓↓
說了這么多,我們通過47副動畫來詳細(xì)了解下棘輪機(jī)構(gòu)!
1.棘輪機(jī)構(gòu)1(Ratchet mechanism 1)
將驅(qū)動軸的連續(xù)旋轉(zhuǎn)直接轉(zhuǎn)換成驅(qū)動軸的間斷性旋轉(zhuǎn)的設(shè)備。
2.棘輪機(jī)構(gòu)2(Ratchet mechanism 2)
此機(jī)制直接將驅(qū)動軸的連續(xù)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動軸的間斷性旋轉(zhuǎn)。
通過下移藍(lán)色棘爪無需改變輸入的運動方向即可改變被驅(qū)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(fù)載
2)低成本
3)適用于大規(guī)模生產(chǎn)
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(fù)載
2)低成本
3)適用于大規(guī)模生產(chǎn)
4)棘爪與棘輪的永久性接觸由棘爪的重量維持
5.棘輪機(jī)構(gòu)3(Ratchet mechanism 3)
通過調(diào)整粉色后蓋的位置可以得到綠色輪的不同旋轉(zhuǎn)角度。
拉動橙色棘爪并使其旋轉(zhuǎn)180°可以改變綠色輪的旋轉(zhuǎn)方向。
此機(jī)制用于成形器。
6.棘輪機(jī)構(gòu)4(Ratchet mechanism 4)
棘輪有內(nèi)齒。
7.棘輪機(jī)構(gòu)5(Ratchet mechanism 5)
自行車自由輪。
藍(lán)色鏈輪從腳踏自行車接收運動。
黃色輪轂僅在藍(lán)色鏈輪順時針旋轉(zhuǎn)時旋轉(zhuǎn)。
黃色輪轂順時針旋轉(zhuǎn)對藍(lán)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(nèi)齒。
現(xiàn)實中使用了兩個棘爪。
8.棘輪機(jī)構(gòu)8(Ratchet mechanism 8)
綠色輸入圓盤通過藍(lán)色棘爪使得輸出棘輪間斷性旋轉(zhuǎn)。
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(zhuǎn)1/8周期間停止。
由于彈簧(未顯示)的作用,藍(lán)色棘爪總是壓向棘輪齒。
9.棘輪機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu))。
藍(lán)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(jī)構(gòu)1(Ratchet mechanism of pin gear 1)
輸入:粉色曲柄持續(xù)性旋轉(zhuǎn)
輸出:黃色銷齒輪
重力維持藍(lán)色棘爪和銷齒輪的接觸。
12.棘輪機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)。
藍(lán)色凸輪的長度調(diào)節(jié)棘輪的運動時間。
13.棘輪機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)16(Ratchet mechanism 16)
輸入:粉色曲柄的持續(xù)性恒速旋轉(zhuǎn)。
15.棘輪機(jī)構(gòu)31(Ratchet mechanism 31)
輸入:綠色曲柄震蕩
輸出:棘輪間斷性旋轉(zhuǎn)
藍(lán)色彈簧維持黃色棘爪和棘輪的接觸。
特點:內(nèi)齒棘輪、外棘爪
16.棘輪機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)27(Ratchet mechanism 27)
灰色電磁閥使得藍(lán)色桿往復(fù)運動。
異常處:橙色棘爪和藍(lán)色驅(qū)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(jī)構(gòu)1(Spatial Ratchet mechanism 1)
輸入:偏心軸持續(xù)旋轉(zhuǎn)
輸出:端面齒棘輪間斷性旋轉(zhuǎn)
重力維持藍(lán)色棘爪和輪的接觸。
19.空間棘輪機(jī)構(gòu)2(Spatial Ratchet mechanism 2)
輸入:粉色曲柄持續(xù)性旋轉(zhuǎn)
輸出:齒數(shù)為Z的綠色棘輪
往復(fù)擺動的黃色曲柄使得棘輪旋轉(zhuǎn)方向相同。
輸入旋轉(zhuǎn)一周,輸出旋轉(zhuǎn)2/Z周,伴隨兩次駐留。
20.空間棘輪機(jī)構(gòu)3a(Spatial Ratchet mechanism 3a)
輸入:橙色震蕩曲柄
輸出:齒數(shù)為Z的綠色雙棘輪
往復(fù)擺動的黃色曲柄使得棘輪旋轉(zhuǎn)方向相同。
輸入旋轉(zhuǎn)一周,輸出旋轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)18(Ratchet mechanism 18)
輸入:藍(lán)色曲柄
輸出:粉色棘輪
往復(fù)擺動的曲柄使得棘輪旋轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)19(Ratchet mechanism 19)
輸入:綠色曲柄
輸出:棘輪
往復(fù)擺動的曲柄使得棘輪旋轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)20(Ratchet mechanism 20)
輸入:綠色曲柄
輸出:藍(lán)色棘輪
往復(fù)擺動的曲柄使得棘輪旋轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)21(Ratchet mechanism 21)
輸入:粉色曲柄
輸出:可以雙向間斷性旋轉(zhuǎn)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(yù)防兩輪之間的接觸以及其中一個棘爪改變輸出的旋轉(zhuǎn)方向。
25.棘輪機(jī)構(gòu)22(Ratchet mechanism 22)
輸入:粉色曲柄
輸出:綠色棘輪
往復(fù)擺動的藍(lán)色滑塊使得棘輪旋轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)23(Ratchet mechanism 23)
輸入:綠色曲柄
輸出:藍(lán)色棘輪
往復(fù)擺動的綠色曲柄使得棘輪旋轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)23(Ratchet mechanism 23)
輸入:綠色曲柄
輸出:棘輪
往復(fù)擺動的綠色曲柄使得棘輪旋轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)2(Ratchet mechanism of pin gear 2)
輸入:綠色曲柄
輸出:黃色銷齒輪
往復(fù)擺動的綠色曲柄使得齒輪旋轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)24(Ratchet mechanism 24)
輸入:綠色曲柄
輸出:黃色棘輪
藍(lán)色棘輪自由配合在紫色固定軸上。
藍(lán)色棘輪和紫色軸間的摩擦由紅色彈簧產(chǎn)生,從而阻止藍(lán)色輪反向。
往復(fù)擺動的藍(lán)色滑塊使得棘輪旋轉(zhuǎn)方向相同。
粉色棘爪使得藍(lán)色棘輪旋轉(zhuǎn)。
橙色棘爪使得黃色棘輪旋轉(zhuǎn)。
重力維持棘爪和棘輪的接觸。
30.棘輪機(jī)構(gòu)26(Ratchet mechanism 26)
輸入:藍(lán)色凸輪
輸出:旋轉(zhuǎn)間斷性伴有長時間駐留的粉色棘輪
往復(fù)擺動的黃色棘爪使得棘輪旋轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)32(Ratchet mechanism 32)
輸入:綠色曲柄
輸出:間斷性旋轉(zhuǎn)的齒數(shù)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(jī)構(gòu)33(Ratchet mechanism 33)
輸入:綠色曲柄
輸出:間斷性旋轉(zhuǎn)的齒數(shù)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(jī)構(gòu)2(Ratchet mechanism for anti-reverse 2)
黃色棘輪只逆時針旋轉(zhuǎn)。
藍(lán)色滑塊阻止機(jī)制反向。
34.反反向棘輪機(jī)構(gòu)3(Ratchet mechanism for anti-reverse 3)
黃色端面齒棘輪只順時針旋轉(zhuǎn)。
粉色棘爪阻止機(jī)制反向。
35.摩擦棘輪機(jī)構(gòu)1(Friction Ratchet mechanism 1)
黃色凸輪的作用相當(dāng)于棘爪。
黃色凸輪和綠色無齒輪間的摩擦力驅(qū)動綠色輪。
相比普通棘輪機(jī)構(gòu)沒有噪聲和反彈。
36.摩擦棘輪機(jī)構(gòu)2(Friction Ratchet mechanism 2)
輸入:橙色擺動鼓
輸出:間斷性旋轉(zhuǎn)的黃色軸
四個扁彈簧只允許逆時針方向傳遞運動。
此機(jī)制用于輕型工程以及對輸入和輸出間的運動關(guān)系要求不嚴(yán)格的地方。
37.摩擦棘輪機(jī)構(gòu)3(Friction Ratchet mechanism 3)
輸入:藍(lán)色擺動桿
輸出:間斷性旋轉(zhuǎn)的換色軸
彈簧的一端固定在藍(lán)色桿上。
彈簧盒黃色軸間需要輕微的抓力。
扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)方向傳遞到黃色輸出軸。
對于反向,如果沒有反彈力或者負(fù)載,黃色輸出軸可以旋轉(zhuǎn)。
此機(jī)制用于輕型工程以及對輸入和輸出間的運動關(guān)系要求不嚴(yán)格的地方。
38.摩擦棘輪機(jī)構(gòu)4(Friction Ratchet mechanism 4)
輸入:藍(lán)色擺動桿
輸出:間斷性旋轉(zhuǎn)的黃色內(nèi)錐盤
當(dāng)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(zhuǎn)。
因此,綠色盤像一個螺母沿著桿的螺紋往復(fù)移動。
此運動使得兩盤接觸或者脫離接觸。
39.摩擦棘輪機(jī)構(gòu)5(Friction Ratchet mechanism 5)
輸入:藍(lán)色擺動桿
輸出:間斷性旋轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)6(Friction Ratchet mechanism 6)
輸入:綠色擺動桿
輸出:間斷性旋轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)7(Friction Ratchet mechanism 7)
輸入:粉色曲柄
輸出:間斷性旋轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)8(Friction Ratchet mechanism 8)
輸入:藍(lán)色擺動桿
輸出:間斷性旋轉(zhuǎn)的黃色輪
粉色銷可以在桿洞中滑動。
藍(lán)色軸的環(huán)形槽與銷的扁平底部接觸。
43.靜棘輪機(jī)構(gòu)1(Quiet Ratchet mechanism 1)
輸入:持續(xù)旋轉(zhuǎn)的粉色曲柄
輸出:間斷性旋轉(zhuǎn)的黃色棘輪
4連桿(粉色曲柄,藍(lán)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(chuàng)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(jī)制安靜。
44.靜棘輪機(jī)構(gòu)2(Quiet Ratchet mechanism 2)
輸入:持續(xù)旋轉(zhuǎn)的粉色曲柄
輸出:間斷性旋轉(zhuǎn)的黃色棘輪
滑槽機(jī)構(gòu)(粉色曲柄,藍(lán)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(chuàng)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(jī)制安靜。
45.靜棘輪機(jī)構(gòu)2(Quiet Ratchet mechanism 3)
輸入:持續(xù)旋轉(zhuǎn)的粉色曲柄
輸出:間斷性旋轉(zhuǎn)的黃色棘輪
六連桿(粉色曲柄,藍(lán)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(chuàng)造破壞力的方法未顯示。
來源:機(jī)械學(xué)霸
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