内外齿复合传动棘轮结构件

　　做传动结构设计的同行碰到间歇进给、单向锁止工况时，多半都接触过这类内外复合齿形的棘轮构件，这类零件最常见的应用场景集中在机床进给机构的单向进给单元、起重设备的止逆锁止组件、自行车飞轮的离合结构，还有轻工机械里的间歇送料工位，和普通外齿棘轮比，这种带内花键配合位的结构能直接把传动链做的更紧凑，不用额外加轴套转接，省掉了轴向的装配空间。

　　先从实际使用的功能逻辑说，这个零件的外齿是和棘爪配合实现单向锁止或者间歇推动的，齿形的工作面做了直面设计，非工作面是斜角过渡，这样棘爪在回程的时候能顺着斜面滑过齿顶，不会出现卡滞，而工作面的垂直角度能保证受力的时候不会打滑，哪怕承受瞬时的冲击载荷，也能把力均匀传递到每个啮合的齿上，不会出现跳齿的问题。内圈的凸块结构其实是和传动轴上的卡槽配合的，相当于集成了花键的传动功能，不用额外加工键槽，靠几个均匀分布的凸块就能传递扭矩，这种设计在小扭矩、高频率动作的工况下比单键连接靠谱，不会出现键槽磨损后松旷的问题。

　　设计这类零件的时候，首先要算的是齿距和齿高的匹配，外齿的齿高不能做的太高，不然棘爪抬升的行程太大，会增加整个机构的动作时间，也不能太矮，不然啮合深度不够，受力大的时候容易脱齿，一般齿高控制在齿距的三分之一左右比较合适，齿尖的位置要做微小的倒角，不然热处理的时候容易出现应力集中开裂，装配的时候也容易刮伤棘爪的接触面。内圈的凸块数量要和外齿的数量做匹配，不能出现凸块和外齿的齿根正对的情况，不然零件壁厚不均匀，热处理的时候变形量会很大，容易出现椭圆超差，装到轴上之后会出现转动卡滞的问题。

　　从安装边界来说，这类零件的轴向厚度一般不会做的太厚，毕竟是片式传动件，厚度通常根据传递的扭矩来算，扭矩越大厚度越厚，但是要保证和棘爪的接触宽度足够，至少要覆盖棘爪工作面的80%以上，不然棘爪会出现偏磨，用不了多久就会因为接触面压强太大出现压溃。内圈的配合尺寸要和轴做间隙配合，间隙控制在0.02到0.05毫米之间，间隙太小的话装配困难，热胀的时候容易抱死，间隙太大的话转动的时候会有径向窜动，产生冲击噪音，还会加速齿面的磨损。外齿的齿顶圆直径要和安装腔的内壁留足够的间隙，至少留1毫米以上的空隙，防止零件转动的时候和腔壁刮擦，也能给润滑脂留储存的空间。

　　实际选型的时候还要注意工况的匹配，如果是用在频繁正反转的离合场景，齿面的硬度要做到HRC45以上，不然反复冲击下齿面容易打崩，如果是用在低速止逆的场景，硬度可以稍低一点，但是要保证芯部的韧性，防止承受过载的时候零件直接断裂。另外这类零件的端面平整度要求很高，两个端面的平行度要控制在0.02毫米以内，不然装配之后会出现端面跳动，和相邻的垫片或者轴承产生摩擦，降低整个传动机构的效率。很多新手设计这类零件的时候容易忽略齿形的角度，把非工作面的斜角做的太陡，导致棘爪回程的时候被卡住，或者把工作面做的有斜度，受力的时候棘爪被向外推，出现脱齿的问题，这些细节在建模的时候就要反复核对啮合轨迹，模拟棘爪的整个动作过程，确保每个位置都不会出现干涉。

　　还有一个容易被忽略的点是齿根的圆角，不管是外齿的齿根还是内圈凸块的根部，都要做R0.5以上的圆角过渡，不能做成直角，直角位置的应力集中系数是圆角的好几倍，承受冲击载荷的时候很容易从根部开裂，很多早期失效的棘轮都是因为根部没做圆角，用一段时间就出现断齿的问题。润滑方面，这类零件一般用润滑脂润滑就够了，不用做油道，只要在装配的时候在齿面和内圈配合面涂上足够的润滑脂，就能保证长时间的使用寿命，如果是用在高速间歇传动的场景，可以在外齿的侧面开几个小的储油槽，转动的时候能把润滑脂带到齿面上，减少磨损。