减速机棘轮装置结构及作用

减速机棘轮装置结构及作用

棘轮机构的类型(Types of Ratchet Mechanism)
常用棘轮机构可分为轮齿式与摩擦式两大类：

1、轮齿式棘轮机构(Tooth Ratchet Mechanism)

按啮合方式可分成外啮合(externally meshed，如图7-1所示)和内啮合(internally meshed，如图7-2所示)棘轮机构。根据棘轮的运动又可分为两种情况：

(1) 单向式棘轮机构

单向式棘轮机构的特点是摆杆向一个方向摆动时，棘轮沿同一方向转过某一角度；而摆杆向另一个方向摆动时，棘轮静止不动(如图7-1)。双动式棘轮机构，摆杆的往复摆动，都能使棘轮沿单一方向转动，棘轮转动方向是不可改变的(如图7-3)。

图 7-2 图 7-3

(2)双向式棘轮机构

若将棘轮轮齿做成短梯形或矩形时，变动棘爪的放置位置或方向后，可改变棘轮的转动方向。棘轮在正、反两个转动方向上都可实现间歇转动。

图 7-4

2、摩擦式棘轮机构(Friction Ratchet Mechanism or Silent Ratchet Mechanism)

(1) 偏心楔块式棘轮机构

偏心楔块式棘轮机构的工作原理与轮齿式棘轮机构相同，只是用偏心扇形楔块代替棘爪，用摩擦轮代替棘轮。利用楔块与摩擦轮间的摩擦力与楔块偏心的几何条件来实现摩擦轮的单向间歇转动。

a)

b)

图 7-5

(2) 滚子楔紧式棘轮机构

图7-6为常用的摩擦式棘轮机构，构件1逆时针转动或构件3顺时针转动时，在摩擦力作用下能使滚子2楔紧在构件1、3形成的收敛狭隙处，则构件1、3成一体，一起转动；运动相反时，构件1、3成脱离状态。

图 7-6

三、棘轮机构的特点和应用(Features and Application of Ratchet Mechanism)

轮齿式棘轮机构结构简单，易于制造，运动可靠，从动棘轮转角容易实现有级调整，但棘爪在齿面滑过引起噪声与冲击，在高速时尤为严重。故常于低速、轻载的场合用作间歇运动控制。

摩擦式棘轮机构传递运动较平稳，无噪音，从动件的转角可作无级调整。但难以避免打滑现象，因而运动准确性较差，不适合用于精确传递运动的场合。
四、棘轮机构设计中的主要问题(Main Problems in Ratchet Mechanism Design)

1、棘轮齿形的选择

最常见的棘轮齿形为不对称梯形，如图7-12所示。为了便于加工，当棘轮机构承受载荷不大时，可采用三角形棘轮轮齿（见图7-1和图7-9），三角形轮齿的非工作齿面可作成直线型和圆弧形。双向式棘轮机构，由于需双向驱动，因此常采用矩形或对称梯形作为棘轮齿形(图7-4)。

2、棘轮转角大小的调整

(1) 采用棘轮罩
采用棘轮罩，使棘爪的部分行程沿棘轮罩表面滑过，若改变棘轮罩位置，即可调整棘轮转角的大小，如图7-9所示。
(2) 改变摆杆摆角
图7-10所示棘轮机构中，通过改变曲柄摇杆机构曲柄长度OA的方法来改变摇杆摆角的大小，从而调整棘轮机构转角的大小。

图 7-9 图 7-10

(3) 多爪棘轮机构
要使棘轮每次转动小于一个轮齿所对的中心角γ时，可采用棘爪数为n的多爪棘轮机构。如图7-11所示n=3的棘轮机构，三棘爪位置依次错开γ/3，当摆杆转角1在[γ/3，γ] 范围内变化时，三棘爪依次落入齿槽，推动棘轮转动相应角度2为[γ/3，γ]范围内γ/3整数倍，即棘轮转角为γ/3或2γ/3。

图 7-11

3、棘轮机构的可靠工作条件

(1) 棘爪可靠啮合条件
图7-12中，θ为棘轮齿工作齿面与径向线间的夹角，称齿面角，L为棘爪长，O1为棘爪轴心，O2为棘轮轴心，啮合力作用点为P（为简便起见，设P点在棘轮齿顶），当传递相同力矩时，O1位于O2P的垂线上，棘爪轴受力最小。

为使棘爪能顺利地滑入棘轮齿根，要求齿面角θ大于摩擦角，即是棘爪受的总反作用力FR的作用线必须在棘爪轴心O1和棘轮轴心O2之间穿过。

图 7-12

(2) 偏心块楔紧条件
对于图7-5a 所示的偏心楔块式棘轮机构，摆杆逆时针转动时，轮3对楔块2在接触点A作用正压力FN与摩擦力fFN。正压力FN有松开楔块的作用，要使楔块楔紧棘轮3，应使FN与fFN对O2的矩满足

故tan < f = tan

即

图 7-5 a)

式中，为摩擦角；为楔块廓线升角。因此偏心块楔紧条件为：楔块廓线升角小于摩擦角。也可用摩擦轮对偏心楔块总反力FR的作用线必须通过两回转中心O1和O2的连接线段来判定。

(3) 滚子楔紧条件
图7-6所示滚子楔紧式棘轮机构，滚子受力情况如图7-13所示。图中当套筒1逆时针方向转动时，在摩擦力FA作用下，滚子2有逆时针滚动的趋势，因此星轮3在接触点B对滚子有图示摩擦力FB。摩擦力FA与FB使滚子楔紧，其夹角为楔紧角β，而滚子2在接触点A、B的正压力FNA和FNB欲将滚子挤向楔形大端而松开。因此滚子楔紧条件为：楔紧角小于两倍的摩擦角。但β角选择过小，反向运动时滚子将不易退出楔紧状态。即：

回答人的补充 2009-08-02 12:11减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等.其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。减速机的作用主要有：
1）降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速机额定扭矩。
2）减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。大家可以看一下一般电机都有一个惯量数值。
减速机的工作原理
减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机.内燃机或其它高速运转的动力通过减速机的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，普通的减速机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。