間歇運動機構

學習目標

能了解各種類型間歇運動機構的原理。

能了解棘輪機構的種類及其特徵與應用。

能了解反向機構的原理、種類及其特徵。

160

16－1 間歇運動機構的分類

當一機構的原動件做等速運動，而其從動件則有時靜止、有時運動，此種

機構稱為間歇運動機構（intermittent motion mechanism）。

間歇運動機構因原動件運動方式之不同，可以分為兩大類：

由迴轉運動產生間歇運動：例如間歇齒輪、日內瓦機構、星形輪及凸輪。

由擺動運動產生間歇運動：例如棘輪機構及擒縱器。

16－2 各種間歇運動機構的特性

一、間歇齒輪機構（intermittent gear mechanism）

在一對嚙合齒輪中，其原動齒輪的圓周上僅部分有齒，因此從動齒輪（全齒

或部分有齒），將以間歇迴轉方式運動，此種機構稱為間歇齒輪機構。間歇齒輪

亦因其所連接之兩軸位置之不同，而有間歇正齒輪與間歇斜齒輪之分，分述如下。

間歇正齒輪

如圖 16 － 1 所示，A 為主動輪，其上僅有一齒。B 為從動輪，其上有 8 個

齒間。兩輪之節圓相等。在 A 輪迴轉 周之時間內，B 輪亦轉動 周。在 A 輪

迴轉其餘 周之時間內，B 輪則靜止不動。

B

A

▲圖16－1 間歇正齒輪

S 2S 1

▲圖 16 － 2 間歇斜齒輪

間歇斜齒輪

如圖 16 － 2 所示為一對間歇斜齒輪，原理同間歇正齒輪。

161

間歇運動機構

16

以上之間歇齒輪做間歇運動，雖然運動期間是等速運動，但間歇期間之急

促停止或開動，會有陡振現象，故不適用於高速運動機構。

二、日內瓦機構（geneva mechanism）

由一機件的連續運動，產生另一機件之間歇迴轉運動之機構，稱為日內瓦

機構。如圖 16 － 3 所示，原動輪A迴轉一周，利用輪上的柱銷E，使從動輪B轉

動 周。此種機構常用於電影放映機或工具機的分度裝置，如圖 16 － 4 所示。

E1

A

234

B

E1

A

2

3

4B

E1

A

23

4

B

（a）開始位置 （b）中間位置 （c）末了位置

▲圖 16 － 3 日內瓦機構

回轉軸（分度軸）

間歇輪

原動帶輪

油標

蝸桿減速器

間歇牽具

對軸

▲圖 16 － 4 日內瓦機構用於分度軸上的情形

12

3

A

▲圖16－5 星形輪機構

三、星形輪機構（star wheel mechanism）

如圖 16 － 5 所示，固定在主動軸A上之迴轉臂 1 依箭頭方向轉動 1 圈時，

其前端裝有圓銷 2，使從動軸上之星形輪 3 亦依箭頭方向轉動 1 齒，即16 圈。

此機構常用於搪孔工具的進給切削及紡織機械等。

162

四、凸輪機構（cam mechanism）

凸輪機構已於前面討論過，在此不再贅述。

五、棘輪機構（ratchet mechanism）

沿一輪的周緣製成適當的形狀齒形或柱銷，並藉由另一機件的往復運動或

搖擺運動，以產生間歇性的單向圓周運動，均稱為棘輪機構。此種機構主要可

分為下列幾種。

單爪棘輪（single pawl ratchet）

如圖 16 － 6 所示，a為棘輪，b為驅動爪，c為搖桿，通常藉自身重量或彈

簧使其與棘輪齒接觸，d 為止動爪，可防止棘輪反方向轉動。

當搖桿向左擺動時，驅動爪即跟其擺動而推動棘輪，沿逆時針轉一角度，

而止動爪 d 的爪尖則沿棘輪齒背滑動，等搖桿向右擺動時，止動爪即落於齒槽

內阻止棘輪使其不致反方向轉動，而驅動爪再沿棘輪齒背滑動。所以利用搖桿

的往復擺動，可使棘輪朝向同方向做間歇轉動。

a b

O

c

d

▲圖 16 － 6 單爪棘輪

13P C 2

4"

C 1

34

4'

CA

P

2

BB 1B 2

▲圖 16 － 7 多爪棘輪

多爪棘輪（multi pawl ratchet）

如圖 16－ 7所示，在搖桿上有二個或二個以上之驅動爪。可以減少無效回

擺角度，使棘輪之運動變為比較細密；例如自行車的飛輪、工廠所使用的套筒

扳手、照相機的捲片軸等，均利用多爪棘輪將軸羈留於任一位置。

163

間歇運動機構

16

雙動棘輪（double acting ratchet）

雙動棘輪是由搖桿上的二驅動爪交替間歇推動棘輪，不論向前或向後擺

動，均能帶動棘輪沿同一方向旋轉，沒有單爪棘輪之無效時間，故可產生近似

連續的旋轉輸出運動，如圖 16 － 8 所示。

▲圖 16 － 8 雙動棘輪

A

B B 1

O

▲圖 16 － 9 可逆棘輪

可逆棘輪（reversible ratchet）

指利用驅動爪的可換位特性，使爪在左側時

棘輪逆時針轉動，在右側時順時針轉動，以適合

於某些機器在一定的距離或時間內，需改變進料

或輸送的方向，故又稱回動爪棘輪，如圖16－9所

示。常用於牛頭鉋床之自動進給機構及套筒扳手

上。

無聲棘輪（silent ratchet）

A

B

原動件

從動件

▲圖 16 － 10 無聲棘輪

不用驅動爪而藉由摩擦力來做單方向的傳

動，如圖 16 － 10 所示，當 A 桿向右擺動時，藉著

摩擦力，可使機構中的滾珠向順時針方向移動，

並卡住棘輪，使棘輪做順時針方向迴轉；但當A桿

向左擺動時，滾珠會在間隙較大處空轉，因此無

法 卡 住 棘 輪 使 之 逆 時 針 轉 動。常 用 於 扳 鉗

（wrench）及鑽床（drill machine）。

164

B

C

A

D

▲圖 16 － 11 起重棘輪

起重棘輪（jack ratchet）

將棘輪以棘齒條取代而作直線之間歇運動，如圖

16 － 11 所示，當搖桿 A 上下搖動時，驅動爪 C 使棘齒

條 B 上升，C 離開 B 時，止動爪 D 阻止 B 下降，如此可

將重物舉起，常應用於棘齒輪千斤頂。

六、擒縱器（escapement）

擒縱器是利用一個搖擺件有節奏的阻止與縱脫一個

有齒之縱脫輪，使其產生等時性之間歇旋轉運動之機

構。常應用於鐘錶上，直接帶動指針使能正確指出時間，因效果不同，常見者

有下列幾種。

錨形擒縱器（anchor escapement）

如圖 16 － 12 所示，是利用兩個托板 A 之擺動而擒住縱脫輪 B。其缺點是

當縱脫輪旋轉時，對於托板有反撞動作，使縱脫輪略有倒轉，易引起週期的不

正確。

不擺擒縱器（dead － beat escapement）

如圖 16 － 13 所示，改進錨形擒縱器之缺點，使托板 A 上 bd 與 ef 兩弧同

在以主軸 C 為圓心之圓弧上，所以左右任何一個 bd 或 ef 與縱脫輪齒靠著時，

A 在搖動，縱脫輪 B 都穩住不動，故週期較正確。

C 主軸（天心軸）

（p 點在圓弧 k 上運動）

B

A

p k

A

▲圖 16 － 12 錨形擒縱器

C

B

A

p k

b

d

A

e

f

▲圖 16 － 13 不擺擒縱器

165

間歇運動機構

16

（ ）

（ ）

（ ）

（ ）

（ ）

（ ）

當一機構的原動件做等速運動，從動件有時靜止，有時運動之機

構，稱為 反向運動 滑動運動 間歇運動 簡諧運動。

不能產生間歇運動的機構為 凸輪機構 擒縱器 離合器

日內瓦機構。

日內瓦機構是一種 平行運動 間歇運動 直線運動 反

向運動 機構。

應用於鐘錶上，直接帶動指針使能正確指出時間者，稱為 棘輪

機構 間歇齒輪機構 擒縱器 日內瓦機構。

若欲使搖桿不論向前或後退方向轉動時，棘輪仍向同一方向運動，

則需用 雙動棘輪 多爪棘輪 無聲棘輪 可逆棘輪。

千斤頂是應用 反向運動機構 日內瓦機構 間歇齒輪機構

棘輪機構。

16－3 反向運動機構

當一機構的原動件作一定方向的等速迴轉運動時，從動件則作往復運動或

正反向的迴轉運動者，稱為反向運動機構或回動機構，其種類有下列幾種。

一、由迴轉運動產生往復運動

間歇小齒輪反向運動機構

如圖 16 － 14 所示，為一小齒輪與上下為齒條之架所構成之反向運動機

構。小齒輪亦僅一部分有齒。當小齒輪沿箭頭方向等速旋轉時，其有齒之部分

即輪流與架之上下齒條相嚙合，而使架產生左右往復運動。

166

從動件主動件

A

B

▲圖 16 － 14 間歇小齒輪反向運動機構

如圖 16 － 15 所示，為一齒輪與齒條構成之反向運動機構。小齒輪 A 上僅

一部分有齒。當其迴轉時，A 上之齒與齒條嚙合而使從動件 B 上升，轉至無齒

之部分時，齒條即藉本身之重力或彈簧之拉力，回復至原來位置，若A持續迴

轉，則從動件即做上下往復運動。

從動件

主動件

B

A

▲圖 16 － 15 間歇小齒輪反向運動機構

A

R

C

N

▲圖 16 － 16 凸輪反向運動機構

凸輪之反向運動機構

如圖 16 － 16 所示，當板形凸輪 A 轉動時，利用凸出面推動以銷 C 固定的

從動件一端 R，另一端 N 即產生反向運動，凸輪作用消失後再藉彈力拉回原

處，且從動件 CR 之長要大於兩軸中心 AC 長減去基圓半徑之長。

二、變更從動軸迴轉方向的機構

齒輪系的反向運動機構

利用惰輪的插入而達到反向轉動的目的。如圖 16 － 17 所示，當圖中的

C→B→A 輪依次傳動時，C、A 輪同向；當手柄 E 下壓時，輪由 C→D→B→A

順序傳動，則 C 輪與 A 輪反向。

167

間歇運動機構

16

C

D B E

A

向前心軸齒輪

主動齒輪旋

轉方向與心

軸旋轉方向

相同

C

DB

E

A

向前心軸齒輪

主動齒輪

無傳動

中立

向後

C

DB

E

A

心軸齒輪

向後主動齒輪與

心軸旋轉方

向相反

（a）向前 （b）中立 （c）向後

▲圖 16 － 17 齒輪系的反向運動機構

斜齒輪與離合器的反向運動機構

利用離合器在二軸直交的斜齒輪中，變換從動軸迴轉方向的機構，如圖

16 － 18 所示。S 為主動軸，軸上固定有斜齒輪 C。A 及 B 兩斜齒同在一個軸 S1

之上滑轉。離合器 D 用滑鍵或栓槽與軸 S1 相接合，兩端各有方爪，由撥動器 E

撥動之。撥向左側在D'端與A輪接合，軸 S1 向一個方向旋轉，撥向右側，在D

端與 B 端接合，S1 向另一方向旋轉。

B

S 1

A

S 1

E

CS

D' D

▲圖 16 － 18 斜齒輪與離合器的反向運動機構

利用離合器與開口帶或交叉帶的反向運動機構

如圖 16 － 9 所示，將帶輪 A、A'同時裝在主動軸 S 上，分別以開口帶及交

叉帶連接於從動軸 S1 上自由轉動的 B、B'兩帶輪，藉著撥桿將離合器 C 向左移

動時，C 與 B 相嚙合；當 C 移至右邊時，C 與 B'相嚙合，即可得正、反兩方向

的運動。

168

A'A

S

CB

從動軸

B'S 1

撥桿

主動軸

S

S 1

▲圖 16 － 19 利用離合器與皮帶輪的反向運動機構

三、利用空壓或油壓作反向運動

利用空壓或油壓的方向控制閥，來改變流體的流動方向，以達到往復的目

的。如圖 16 － 20 所示，為一牛頭鉋床的油壓管路示意圖，由泵打出之液體，

經由迴路能使上部活塞連同鉋床頭前進至止動塊 A，牽動回動桿，然後藉著機

構之方向控制閥，控制管路內流體流動的方向，可使鉋床頭返回至止動塊 B，

而達成做左右往復運動。

油壓缸活塞 滑動件

控制行程長度止動塊B

A

方向控制閥

回動桿

保險閥

油箱

定流量齒輪泵

調節閥

工作件

鉋刀

鉋床頭

▲圖 16 － 20 利用油壓做反向機構

169

間歇運動機構

16

（ ）

（ ）

四、利用摩擦輪作反向運動機構

如圖 16 － 21 所示，若 B 為主動輪，A 為從動輪。當 B 輪位於 A 輪中心之

右方時，A 輪之轉向與當 B 輪位於 A 輪中心之左方時之轉向相反。

B

A

▲圖 16 － 21 利用摩擦輪作反向運動機構

一機構之原動件作一定方向的等速迴轉運動，而其從動件做往復運

動或正反方向的迴轉運動，此機構稱為 直線運動機構 反向

運動機構 平行運動機構 間歇運動機構。

下列何者非反向運動機構？ 凸輪機構 油壓機構 日內瓦

機構 斜齒輪與離合器之機構。

170

間歇運動機構：原動件做等速運動，而其從動件則有時靜止，有時運

動者，可以分為兩大類。

由迴轉運動產生間歇運動：例如間歇齒輪、日內瓦機構、星形輪、

凸輪。

由擺動運動產生間歇運動：例如棘輪機構及擒縱器。

日內瓦機構：原動輪每迴轉一周，則從動輪轉動 周。

棘輪機構的應用：自行車的飛輪、套筒板手、照相機的捲片軸、鉋床

之自動進給機構、工廠所使用之扳鉗、鑽床及棘齒輪千斤頂等。

無聲棘輪是利用摩擦力來傳達動力。

雙動棘輪是搖桿不論向前或向後擺動，均能帶動棘輪沿同一方向旋

轉。

可逆棘輪常應用於牛頭鉋床之自動進給機構。

擒縱器為一般時鐘常用以控制鐘擺的機構。

反向運動機構：原動件做定速定向迴轉時，從動件則作往復或順、逆

方向迴轉的運動。

171

（ ）

（ ）

（ ）

（ ）

（ ）

（ ）

（ ）

（ ）

（ ）

一、選擇題

當一機構的原動件作等速運動，從動件有時靜止，有時運動的機

構，稱為 反向運動 滑動運動 間歇運動 簡諧運

動。

鐘錶所用的擒縱器是一種 間歇運動 反向運動 簡諧運

動 平行運動 機構。

下列各種機構，何者不能作間歇運動？ 凸輪機構 日內瓦

機構 擒縱器 萬向接頭。

無聲棘輪是利用 離心力 液壓力 摩擦力 彈力 來

傳動，所以沒有噪音。

鐘錶是利用何種機構，讓指針能指出正確時間？ 雙動棘輪

日內瓦機構 可逆棘輪 擒縱器。

牛頭鉋床的自動進給機構是利用 單爪棘輪 可逆棘輪

多爪棘輪 間歇棘輪。

利用擺動件作有規律、有節奏之擺動，有效的阻止與縱脫棘輪之

機件稱為 千斤頂棘輪機構 摩擦棘輪 擒縱器 反向

運動機構。

鑽床所用的間歇棘輪為 單爪 雙爪 雙動 無聲 棘

輪。

下列何種機構為產生反向運動之應用？ 擒縱器 間歇齒輪

汽車變向輪系 無聲棘輪。

172

（ ）

（ ）

（ ）

（ ）

（ ）

（ ）

（ ）

（ ）

（ ）

（ ）

鉋床之進刀機構是一種 直線 反向 平行 間歇 運

動。

利用開口帶及交叉帶並附離合器之裝置是下列何種運動機構的應

用？ 雙向 反向 間歇 圓周 運動機構。

在兩平行軸間之間歇旋轉運動，可應用 間歇帶輪 間歇正

齒輪 間歇棘輪 間歇斜齒輪。

日內瓦機構是一種 直線機構 間歇機構 凸輪機構

擒縱機構。

拉緊電線，排球網或網球網的網繩所採用的機構為 棘輪機構

凸輪機構 日內瓦機構 間歇齒輪機構。

對於具有四槽之日內瓦機構，下列敘述何者錯誤？ 其為一種

間歇運動機構 常應用於分度裝置 可使從動輪每次轉動

90° 由往復運動方式來驅動。

日內瓦機構，原動輪每迴轉一次，則從動輪轉動

1 圈。

自行車的後輪是應用 棘輪 凸輪 擒縱輪 間歇齒輪

，以使自行車向前踏時可前進，向後踩則不後退。

照相機的捲片軸可在單一方向，將軸羈留於任一位置，是利用

彈簧 棘輪 凸輪 間歇齒輪。

一間歇齒輪機構，其中齒輪 A 為 10 齒而齒輪 B 為 2 齒，則齒輪 B

轉一圈時，齒輪 A 轉多少圈？ 5 0.2 10 2。

173

（ ） 如圖（1）所示機構，原動件（小齒輪）等速旋轉，則從動件運動

方式可為 不會動 往復運動 直線運動後停止不動

上下搖擺運動。

齒條

間歇小齒輪

▲圖（1）

二、填充題

棘輪機構可分為 、 、 、

及 。

間歇運動可由 、 、 、

、 及 發生。

擒縱器常見者有 與 兩種。

由迴轉運動產生間歇運動之機構，常見有 、 、

及日內瓦機構。

錨形擒縱器之缺點是易引起 不正確。

牛頭鉋床之自動進給機構是應用 棘輪。

間歇齒輪因所連接之兩軸位置不同分為 及

兩種。

日內瓦機構的功能是傳達一種 運動。

無聲棘輪是利用 力來傳達動力。

174

棘輪可使往復運動或搖擺運動變為 運動。

三、問答題

何謂間歇運動機構？可由哪些機構產生？

何謂反向運動機構？可由哪些機構產生？

何謂擒縱器？有何功用？

試述棘輪機構的種類及應用。

何謂可逆棘輪？其應用有哪些？