棘輪

棘輪機構及其應用

陳連鵬

摘要：通過對棘輪機構的分析，從工作原理上將其分為齒嚙合式棘輪機構和摩擦式棘輪機構。并根據

其結構特點，對其進行應用分析。通過棘輪機構實現間歇送進功能，并由其特點進而實現制動功能，以及

通過對棘輪機構的應用，實現“從動”超過“主動”的超越作用等。

關鍵詞：間歇送進；制動；超越

引言

棘輪機構在機械類產品中應用廣泛，占據一定地位。由于其結構簡單，易于制造，運動

可靠,傳遞運動較平穩，無噪音等特點，被廣泛應用，因此本文主要圍繞棘輪機構的特點及

其應用進行討論。

1.棘輪機構結構特點

棘輪是一種間歇運動機構。當在主動件連續運動時,從動件能夠產生周期性的間歇運動。

機械中常用的外嚙合式棘輪機構，它由主動擺桿，棘爪，棘輪、止回棘爪和機架組成。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。

輪齒式棘輪機構結構簡單，易于制造，運動可靠，從動棘輪轉角容易實現有級調整，但

棘爪在齒面滑過引起噪聲與沖擊，在高速時尤為嚴重。故常于低速、輕載的場合用作間歇運

動控制。

摩擦式棘輪機構傳遞運動較平穩，無噪音，從動件的轉角可作無級調整。但難以避免打

滑現象，因而運動準確性較差，不適合用于精確傳遞運動的場合。

2.棘輪機構的應用范圍及應用實例

棘輪機構在機械類產品中分布廣泛，一些大型的車床，起重機等機械上均有涉及。它的

主要用途有：間歇送進、制動和超越等。

間歇送進：牛頭刨床，為了切削工件，刨刀需作連續往復直線運動，工作臺作間歇移動。

當曲柄轉動時，經連桿帶動搖桿作往復擺動；搖桿上裝有雙向棘輪機構的棘爪，棘輪與絲杠

固連，棘爪帶動棘輪作單方向間歇轉動，從而使螺母（即工作臺）作間歇進給運動。若改變

驅動棘爪的擺角，可以調節進給量；改變驅動棘爪的位置（繞自身軸線轉過180°后固定），

可改變進給運動的方向。

制動：為杠桿控制的帶式制動器，制動輪與外棘輪固結，棘爪鉸接于制動輪上，制動輪

上圍繞著由杠桿控制的鋼帶。制動輪按逆時針方向自由轉動，棘爪在棘輪齒背上滑動，若該

輪向相反方向轉動，則輪被被制動。

超越：棘輪機構可以用來實現快速超越運動。運動由蝸桿傳到蝸輪，通過安裝在蝸輪上

的棘爪驅動棘輪固連的輸出軸慢速轉動。當需要軸快速轉動時，可按輸出軸的方向快速轉動

輸出軸上的手柄，這時由于手動轉速大于蝸輪轉速，所以棘爪在棘輪齒背滑過，從而在蝸輪

繼續轉動時，可用快速手動來實現輸出軸超越蝸輪的運動。

3.棘輪機構的最新動態

能源問題已經成為制約社會發展的重要因素。如何將低品位能量轉換為高品位能量，提

高能源的轉換效率一直是當前能源研究的重點課題。近年有研究指出，棘輪機構在能量轉換

中有新的研究方向。主要將車輛在駛人和駛離收費站減速帶時的重力勢能轉換為電能的機構

為例，重點闡述棘輪機構在能量轉換中的應用。

4.結語

棘輪機構的應用十分廣泛，在棘輪機構的設計中，棘輪齒形的選擇、模數齒數的確定、

齒面傾斜角的確定、行程和動停比的調節方法，都是我們要注意的方面。尤其是行程和動

停比調節方面，要注意通過改變棘輪罩的位置，使部分行程棘爪沿棘輪罩表面滑過，和通過

調節曲柄搖桿機構中曲柄的長度，改變搖桿擺角的大小，實現棘輪轉角大小的調整。同時要

使棘輪每次轉動的角度小于一個輪齒所對應的中心角γ時，可采用棘爪數為m的多爪棘輪機

構。對于一個棘輪機構的設計，這是必不可少的要點。

參考文獻：

[1]鄒慧君，殷鴻梁.間歇運動機構設計與應用創新（第一版）：機械工業出版社，2012