棘轮机构及其应用

棘轮机构及其应用吴摘要：棘轮机构将连续转动或往复运动转换成单向步进运动。棘轮轮齿通常用单向齿，棘爪铰接于摇杆上，当摇杆逆时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮齿以推动棘轮同向转动；当摇杆顺时针方向摆动时，棘爪在棘轮上滑过，棘轮停止转动。为了确保棘轮不反转，常在固定构件上加装止逆棘爪。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。 关键字：棘轮；新科技；参数化；定向传动 中图分类号：TM344.1 文献标志码A引言： 棘轮机构具有结构简单、制造方便和运动可靠等优点，故在各类机械中有广泛的应用。但是由于回程时摇杆上的棘爪在棘轮齿面上滑行时引起噪声和齿尖磨损。同时为使棘爪顺利落入棘轮齿间，摇杆摆动的角度应略大于棘轮的运动角，这样就不可避免地存在空程和冲击。此外棘轮的运动角必须以棘轮齿数为单位有级地变化。因此棘轮机构不宜应用于高速和运动精度要求较高的场合。棘轮机构所具有的单向间歇运动特性，在实际应用中可满足如送进、制动、超越离合和转位、分度等工艺要求。1. 棘轮机构结构特点1.1 棘轮机构运动 将连续转动或往复运动转换成单向步进运动。 棘轮轮齿通常用单向齿，棘爪铰接于摇杆上，当摇杆逆时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮齿以推动棘轮同向转动；当摇杆顺时针方向摆动时，棘爪在棘轮上滑过，棘轮停止转动。为了确保棘轮不反转，常在固定构件上加装止逆棘爪。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。1.2 棘轮机构的基本模式和工作原理 套在与棘轮固连的从动轴上，并与驱动棘爪用转动副相联。当主动件顺时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮的齿槽中，使棘轮跟着转过一定角度，此时，止回棘爪在棘轮的齿背上滑动。当主动件逆时针方向转动时，止回棘爪阻止棘轮发生逆时针方向转动，而驱动棘爪却能够在棘轮齿背上滑过，所以，这时棘轮静止不动。因此，当主动件作连续的往复摆动时，棘轮作单向的间歇运动。1.3 棘轮机构的主要用途间歇送进、制动和超越。制动：图示为杠杆控制的带式制动器，制动轮与外棘轮2固结，棘爪3铰接于制动轮4上A点，制动轮上围绕着由杠杆5控制的钢带6。制动轮4按逆时针方向自由转动，棘爪3在棘轮齿背上滑动，若该轮向相反方向转动，则4轮被被制动。超越：图示的棘轮机构可以用来实现快速超越运动。运动由蜗杆传到蜗轮，通过安装在蜗轮上的棘爪3驱动棘轮固连的输出轴5按图示方向慢速转动。当需要轴快速转动时，可按输出轴的方向快速转动输出轴上的手柄，这时由于手动转速大于蜗轮转速，所以棘爪在棘轮齿背滑过，从而在蜗轮继续转动时，可用快速手动来实现输出轴超越蜗轮的运动。2. 棘轮机构的应用范围及应用实例2.1 目前涉及一种用于皮带运送机的棘轮逆止器。皮带运送机作为现代化的传输工具，广泛运用于采煤、采矿等行业，它可将物品连续不断地向斜上方运出，当机器停止运行或超载时，由于重力原因，皮带会产生倒转，损坏设备。为防止皮带倒转，在其减速机内装上闸带式逆止器，它是通过两块大电磁铁的相互作用来控制闸带的紧松，从而达到逆止的目的。但该逆止器体积庞大，耗电量大，而且没有过载保护，当机器超载或液力连接轴油量不足时，必须人为地去发现和控制，减速机得不到及时的保护。为达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是新型棘轮逆止器由逆止器和保护开关两部分串联而成，逆止器固定在减速机传动轴上，保护开关装于皮带运送机下皮带的下方。所述逆止器由防爆壳体、逆止架、棘轮、棘爪、连杆、电磁铁座、上、下电磁铁及线圈等组成，防爆壳体同逆止架一起固定在减速机传动轴的轴承盖上，棘轮固定在减速机传动轴上，连杆两端分别与棘爪和电磁铁座铰链连接，构成铰链四杆机构，电磁铁座上固定着下电磁铁，与下电磁铁相对应，在其上方装有上电磁铁，线圈设在上电磁铁内，另设一导油管由防爆壳体外延伸至棘爪。本实用新型体积小，结构简单，用电少，动作可靠，空行程极小，由于设有保护开关，当运送机超载或液力连接轴油量不足时，逆止器会立即起作用，保护机器不受损坏，该结构还具有防爆功能，可用于井下作业。本棘轮逆止器由逆止器和保护开关两部分串联而成，它们的工作具有同时性，不可分隔。逆止器固定在减速机传动轴上，保护开关设在下皮带下方，皮带正常运转时，保护开关与下皮带接触。所示的逆止器是本实用新型重点保护的结构，该逆止器由防爆壳体、逆止架、棘轮、棘爪、连杆、电磁铁座、上、下电磁铁及线圈等结构组成。防爆壳体装在最外围，使其内部免遭外界物体的碰撞，起防爆作用，所以本实用新型可以在井下安全使用。逆止架和防爆壳体一起通过螺丝固定在减速机传动轴的轴承盖上，该传动轴为出头轴，棘轮通过键固定在传动轴的出头部分，与传动轴作同步转动，棘爪通过肖轴固定在逆止架上，棘轮可绕肖轴转动，连杆的两端分别与棘爪末端和电磁铁座末端铰链连接，电磁铁座的另一端与减速机上设置的支铰链连接，从而构成了一个铰链四杆机构，电磁铁座上固定着下电磁铁，与下电磁铁相对应，在其上方装有上电磁铁，上电磁铁内是线圈。另设一导油管(22)由防爆壳体延伸至棘爪和肖轴。2.2 一种手动螺丝松紧工具，经组装加工后，前端为四方孔，内嵌活动滚珠只能向一个方向旋转的扳手，一般配合套管使用，非常方便，但它的棘轮有最大力矩。市面上比较知名的进口棘轮扳手品牌有：天赋工具、英格索兰、吉多瑞等。棘轮扳手的特点活动扳柄可以方便地调整扳手使用角度。用于螺丝的松紧操作，具有适用性强，使用方便。棘轮扳手的使用当螺钉或螺母的尺寸较大或扳手的工作位置很狭窄，就可用棘轮扳手。这种扳手摆动的角度很小，能拧紧和松开螺钉或螺母。拧紧时作顺时针转动手柄。方形的套筒上装有一只撑杆。当手柄向反方向扳回时，撑杆在棘轮齿的斜面中滑出，因而螺钉或螺母不会跟随反转。如果需要松开螺钉或螺母，只需翻转棘轮扳手朝逆时针方向转动即可。棘轮扳手在铁路上的应用棘轮扳手能够满足铁路竖螺栓的扭矩，是松紧轨枕螺母的理想工具。其通过往复摆动手动扳转螺母，方便快捷，省力省时，可以进行松卸和紧装，适用性强，可以方便地调整使用角度。2.3 紧线器，又叫棘轮收紧器，是在架空线路敷设施工中作为拉紧导线用的。紧线器类别有：虎头紧线器,曲齿紧线器,铁线紧线器,双钩紧线器,多功能紧线器,三角紧线器以及日式夹线器.多功能紧线器：它包括夹线部分和紧线部分，其特征是它的紧线部分，在中轴上除装有一个棘轮外，还装有一个牙轮和与牙轮啮合的换向钩。虎头紧线器：用于输电线路、通讯线路收紧钢绞线铁线使用时先把紧线器上的钢丝绳或镀锌铁线松开，并固定在横担上，用夹线钳夹住导线，然后扳动专用板手。由于棘爪的防逆转作用，逐渐把钢丝绳或镀锌铁线绕在棘轮滚筒上，使导线收紧。把收紧的导线固定在绝缘子上。然后先松开棘爪，使钢丝绳或镀锌铁线松开，再松开夹线钳，最后把钢丝绳或镀锌铁线绕在棘轮的滚筒上。3. 棘轮机构的最新动态3.1 参数化设计以约束造型为核心、以尺寸驱动为特征，在产品的系列设计中可以大大提高模型的生成和修改的速度。软件可以提供参数化驱动特征建模技术、二次开发工具包UG/Open，再借助Vc+.平台，具有很强的二次开发能力。这特别适合零件参数化设计的需要。UG二次开发的参数化设计方法有两种，即基于图形模板的参数化设计方法和基于参数化程序的设计方法。在波浪形棘轮参数化设计中，由于建模涉及草图、基准、曲面和实体等各类特征，直接使用程序来生成部件的三维参数化模型比较繁琐。因此，我们选用了比较方便、容易实现的基于图形模板的参数化设计方法。基于三维模型的参数化设计的基本原理：基于图形模板的参数化设计方法是通过修改图形模板的特征，从而驱动图形模板发生相应变化来进行参数化设计的，采用了三维图形模板与程序控制相互结合的方式。基于表达式可以实现建模参数与主要参数相关联从而生成主要参数驱动部件的特点，首先通过UG的交互界面运用一组可以完全控制三维模型形状和大小的参数创建一个图形模板，而不是由程序来创建。再利用UG/Open二次开发模块，并结合Vc+.进行二次开发，设计MenuScript菜单和UIStyler对话框，编写UG/OpenAPI编程接口及其控制程序。通常情况下，修改特征通过修改主要参数来实现：首先通过API接口访问图形模板获得主要参数，然后改变该参数值，最后利用函数更新模型，使得对参数的修改反映在图形上。在给出的实例中,利用软件的二次开发工具UG/Open，借助平台，选择基于图形模板的参数化设计方法，成功的进行了波浪形棘轮参数化设计。用户可以通过输入棘轮齿数、棘轮圆柱高度、棘轮齿高等参数值,来生成新的波浪形棘轮。这种参数化设计方法方便、易学，可以推广到其它零件设计中去。3.2 气动棘轮扳手项目投资环境分析，气动棘轮扳手项目背景和发展概况，气动棘轮扳手项目建设的必要性，气动棘轮扳手行业竞争格局分析，气动棘轮扳手行业财务指标分析参考，气动棘轮扳手行业市场分析与建设规模，气动棘轮扳手项目建设条件与选址方案，气动棘轮扳手项目不确定性及风险分析，气动棘轮扳手行业发展趋势。分析本棘轮扳手行业研通过文字、图表向您详尽描述您所处的行业形势，为您提供详尽的内容。凯德经济研究中心在其多年的行业研究经验基础上建立起了完善的产业研究体系，一整套的产业研究方法一直在业内处于领先地位。棘轮行业研究报告是2014-2015年度，目前国内最全面、研究最为深入、数据资源最为强大的研究报告产品，为您的投资带来极大的参考价值。在大量周密的市场调研基础上，主要依据了国棘轮统计局、国棘轮商务部、国棘轮发改委、国棘轮经济信息中心、国务院发展研究中心、国棘轮扳手海关总署、知识产权局、凯德经济研究中心提供的最新行业运行数据为基础，验证于与我们建立联系的全国科研机构、行业协会组织的权威统计资料报告揭示了棘轮扳手行业市场潜在需求与市场机会，报告对中国棘轮扳手做了重点企业经营状况分析，并分析了中国棘轮扳手行业发展前景预测。为战略投资者选择恰当的投资时机和公司领导层做战略规划提供准确的市场情报信息及科学的决策依据，同时对银行信贷部门也具有极大的参考价值。4. 结语棘轮机构具有结构简单、制造方便和运动可靠等优点，故在各类机械中有广泛的应用。但是由于回程时摇杆上的棘爪在棘轮齿面上滑行时引起噪声和齿尖磨损。同时为使棘爪顺利落入棘轮齿间，摇杆摆动的角度应略大于棘轮的运动角，这样就不可避免地存在空程和冲击。此外棘轮的运动角必须以棘轮齿数为单位有级地变化。因此棘轮机构不宜应用于高速和运动精度要求较高的场合。棘轮机构所具有的单向间歇运动特性，在实际应用中可满足如送进、制动、超越离合和转位、分度等工艺要求。参考文献： 1 沈春根，许洪龙，周丽萍编著曲面造型实例教程M.