棘輪機構這個名字，有不少機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。
棘輪機構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構，它的作用是將連續轉動或往復運動轉換成單向步進運動。
機械專業的描述是：主動件空套在與棘輪固連的從動軸上，並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。
常用的外齧合式棘輪機構，由主動擺杆，棘爪，棘輪、止回棘爪和機架組成（前面介紹的手動絞盤基本上就是一個棘輪機構的實物模型）。常用於各種機床和自動機的中間歇進給或迴轉工作臺的轉位上，也常用在千斤頂上，在自行車中棘輪機構用於單向驅動，在手動絞車中棘輪機構常用以防止逆轉。其實它的應用非常廣泛。
↓↓間歇運動↓↓
↓↓單向運動：朝一個方向可以正常轉動，反向則會一卡一卡↓↓
↓↓ 單爪棘輪：搖臂逆時針旋轉時，起動爪即跟其擺動而推動棘輪，沿逆時針轉一角度，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，可能會帶動棘輪向後運行，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。可使傳動之效果更為細密。
↓↓ 雙動棘輪(Double Acting Ratchet Wheel)：雙動棘輪係由二驅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，沒有單爪棘輪之無效時間，故可產生近似連續之旋轉輸出運動。較單爪棘輪、雙爪棘輪節省時間。
↓↓ 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。用於一般鉋床之自動進給機構及套筒板手。
↓↓ 起重棘輪：又稱棘齒條，當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。前面提到的猴爬杆、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)：棘輪機構工作時會發發出卡噠卡噠的噪音和振動。因為這種咔噠咔噠的特質聲，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。所以人們又發明了一種不使用驅動爪，而是利用摩擦力來驅動，故又稱為摩擦式棘輪，傳動時安靜無聲。常用於套筒板手及鑽床。
↓↓內摩擦棘輪機構↓↓
↓↓滾子內接棘輪機構↓↓
↓↓一小波棘輪裝置應用示意↓↓
↓↓盤狀棘輪↓↓
說了這麼多，我們通過47副動畫來詳細瞭解下棘輪機構！
1.棘輪機構1（Ratchet mechanism 1）
將驅動軸的連續旋轉直接轉換成驅動軸的間斷性旋轉的設備。
2.棘輪機構2（Ratchet mechanism 2）
此機制直接將驅動軸的連續旋轉轉換成驅動軸的間斷性旋轉。
通過下移藍色棘爪無需改變輸入的運動方向即可改變被驅動軸的運動方向。
3.鈑金棘輪傳動1（Sheet metal ratchet drive 1）
1）適用於輕負載
2）低成本
3）適用於大規模生產
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）適用於輕負載
2）低成本
3）適用於大規模生產
4）棘爪與棘輪的永久性接觸由棘爪的重量維持
5.棘輪機構3（Ratchet mechanism 3）
通過調整粉色後蓋的位置可以得到綠色輪的不同旋轉角度。
拉動橙色棘爪並使其旋轉180°可以改變綠色輪的旋轉方向。
此機制用於成形器。
6.棘輪機構4（Ratchet mechanism 4）
棘輪有內齒。
7.棘輪機構5（Ratchet mechanism 5）
自行車自由輪。
藍色鏈輪從腳踏自行車接收運動。
黃色輪轂僅在藍色鏈輪順時針旋轉時旋轉。
黃色輪轂順時針旋轉對藍色鏈輪沒有影響。
由於彈簧的作用，紅色棘爪總是壓向鏈輪的內齒。
現實中使用了兩個棘爪。
8.棘輪機構8（Ratchet mechanism 8）
綠色輸入圓盤通過藍色棘爪使得輸出棘輪間斷性旋轉。
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1/8週期間停止。
由於彈簧（未顯示）的作用，藍色棘爪總是壓向棘輪齒。
9.棘輪機構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.棘輪機構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（不同於普通棘輪機構）。
藍色棘爪在綠色棘爪不推動齒輪時維持棘輪靜止。
11.銷齒輪棘輪機構1（Ratchet mechanism of pin gear 1）
輸入：粉色曲柄持續性旋轉
輸出：黃色銷齒輪
重力維持藍色棘爪和銷齒輪的接觸。
12.棘輪機構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。
藍色凸輪的長度調節棘輪的運動時間。
13.棘輪機構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.棘輪機構16（Ratchet mechanism 16）
輸入：粉色曲柄的持續性恆速旋轉。
15.棘輪機構31（Ratchet mechanism 31）
輸入：綠色曲柄震盪
輸出：棘輪間斷性旋轉
藍色彈簧維持黃色棘爪和棘輪的接觸。
特點：內齒棘輪、外棘爪
16.棘輪機構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.棘輪機構27（Ratchet mechanism 27）
灰色電磁閥使得藍色杆往復運動。
異常處：橙色棘爪和藍色驅動杆通過稜形接頭連接，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.空間棘輪機構1（Spatial Ratchet mechanism 1）
輸入：偏心軸持續旋轉
輸出：端面齒棘輪間斷性旋轉
重力維持藍色棘爪和輪的接觸。
19.空間棘輪機構2（Spatial Ratchet mechanism 2）
輸入：粉色曲柄持續性旋轉
輸出：齒數為Z的綠色棘輪
往復擺動的黃色曲柄使得棘輪旋轉方向相同。
輸入旋轉一週，輸出旋轉2/Z周，伴隨兩次駐留。
20.空間棘輪機構3a（Spatial Ratchet mechanism 3a）
輸入：橙色震盪曲柄
輸出：齒數為Z的綠色雙棘輪
往復擺動的黃色曲柄使得棘輪旋轉方向相同。
輸入旋轉一週，輸出旋轉1/Z周，伴隨兩次駐留。
兩個棘輪間的角偏移量為360/2Z°。
21.棘輪機構18（Ratchet mechanism 18）
輸入：藍色曲柄
輸出： 粉色棘輪
往復擺動的曲柄使得棘輪旋轉方向相同。
棘爪推動棘輪。
重力維持棘爪和棘輪的接觸。
閱讀更多 海邊人逍辰 的文章
