棘轮

棘轮机构及其应用

陈连鹏

摘要：通过对棘轮机构的分析，从工作原理上将其分为齿啮合式棘轮机构和摩擦式棘轮机构。并根据

其结构特点，对其进行应用分析。通过棘轮机构实现间歇送进功能，并由其特点进而实现制动功能，以及

通过对棘轮机构的应用，实现“从动”超过“主动”的超越作用等。

关键词：间歇送进；制动；超越

引言

棘轮机构在机械类产品中应用广泛，占据一定地位。由于其结构简单，易于制造，运动

可靠,传递运动较平稳，无噪音等特点，被广泛应用，因此本文主要围绕棘轮机构的特点及

其应用进行讨论。

1.棘轮机构结构特点

棘轮是一种间歇运动机构。当在主动件连续运动时,从动件能够产生周期性的间歇运动。

机械中常用的外啮合式棘轮机构，它由主动摆杆，棘爪，棘轮、止回棘爪和机架组成。主动

件空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。

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。

2.棘轮机构的应用范围及应用实例

棘轮机构在机械类产品中分布广泛，一些大型的车床，起重机等机械上均有涉及。它的

主要用途有：间歇送进、制动和超越等。

间歇送进：牛头刨床，为了切削工件，刨刀需作连续往复直线运动，工作台作间歇移动。

当曲柄转动时，经连杆带动摇杆作往复摆动；摇杆上装有双向棘轮机构的棘爪，棘轮与丝杠

固连，棘爪带动棘轮作单方向间歇转动，从而使螺母（即工作台）作间歇进给运动。若改变

驱动棘爪的摆角，可以调节进给量；改变驱动棘爪的位置（绕自身轴线转过180°后固定），

可改变进给运动的方向。

制动：为杠杆控制的带式制动器，制动轮与外棘轮固结，棘爪铰接于制动轮上，制动轮

上围绕着由杠杆控制的钢带。制动轮按逆时针方向自由转动，棘爪在棘轮齿背上滑动，若该

轮向相反方向转动，则轮被被制动。

超越：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

的棘爪驱动棘轮固连的输出轴慢速转动。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。

3.棘轮机构的最新动态

能源问题已经成为制约社会发展的重要因素。如何将低品位能量转换为高品位能量，提

高能源的转换效率一直是当前能源研究的重点课题。近年有研究指出，棘轮机构在能量转换

中有新的研究方向。主要将车辆在驶人和驶离收费站减速带时的重力势能转换为电能的机构

为例，重点阐述棘轮机构在能量转换中的应用。

4.结语

棘轮机构的应用十分广泛，在棘轮机构的设计中，棘轮齿形的选择、模数齿数的确定、

齿面倾斜角的确定、行程和动停比的调节方法，都是我们要注意的方面。尤其是行程和动

停比调节方面，要注意通过改变棘轮罩的位置，使部分行程棘爪沿棘轮罩表面滑过，和通过

调节曲柄摇杆机构中曲柄的长度，改变摇杆摆角的大小，实现棘轮转角大小的调整。同时要

使棘轮每次转动的角度小于一个轮齿所对应的中心角γ时，可采用棘爪数为m的多爪棘轮机

构。对于一个棘轮机构的设计，这是必不可少的要点。

参考文献：

[1]邹慧君，殷鸿梁.间歇运动机构设计与应用创新（第一版）：机械工业出版社，2012