1.本发明涉及计数装置领域，具体涉及机电结合式、高精度、高可靠性、抗干扰强的一种棘轮棘爪计数装置，实现机械数字叠加、高频计数、异频计数功能。
背景技术：
2.为了保证计数装置在使用过程中累计脉冲步数，提供测量、计数和控制功能。目前，常见的计数装置有电磁吸合式计数装置、步进电机式累加计数装置等，但是受频率、精度与测量速率等因素制约，适用范围有限。现有技术中缺乏按照规定的传动轮系传动比进行传动，导致目前现有计数装置传动精度低、传动效率低、适用范围窄、使用寿命低、体积大等缺点；而且，现有技术中缺乏往复式机械传动，导致计数装置工作不稳定、传动功能单一、不安装不便捷、性能不优越、环境适应性不高、抗干扰能力差、易停走等缺点；同时，现有技术中缺乏对电路板恒流保护，从而造成电机部件输出力矩输出不稳定，电路元器件多，电路结构复杂，发热量大，硬件成本高的问题，不便于电路维护和检修等缺点。
技术实现要素：
3.为了实现棘轮棘爪式计数装置的功能要求、精度要求、可靠性要求、抗干扰能力、环境适应性，规避现有产品技术的缺点，本发明的目的在于提供机电结合式、体积小力矩大，在电机带动的作用下，实现计数功能的一种棘轮棘爪计数装置。
4.本发明一种棘轮棘爪计数装置，包括壳体及设置在壳体内用于计数的计数轮组件和步进电机，计数轮组件包括多个数码轮及连接相邻两个数码轮的进位轮，首个数码轮为个位数码轮，所述步进电机通过齿轮往复式传动装置与个位数码轮相连；所述齿轮往复式传动装置上还设置有复位装置；所述步进电机上连接有用于接收脉冲信号，并控制步进电机动作的电路板；当步进电机收到脉冲信号，步进电机动作一次，步进电机驱动齿轮往复式传动装置动作使得复位装置发生形变，并带动个位数码轮转动计数一次；当复位装置复位，带动齿轮往复式传动装置和步进电机复位；所述齿轮往复式传动装置包括相互啮合的传动一轮、传动二轮、棘轮及棘爪；所述传动一轮与个位数码轮固定相连，且传动一轮的转动轴线与个位数码轮的转动轴线位于同一直线上；传动一轮通过传动二轮与棘轮相啮合；所述棘爪与步进电机上的电机输出轴固定相连，棘轮与棘爪匹配啮合，且棘轮的转动轴线与棘爪的转动轴线位于同一直线上；所述棘轮的周面上设置有与传动二轮匹配啮合的传动齿牙，棘轮朝向棘爪的一面上设置有一圈棘槽，棘爪朝向棘轮一面上设置有弹性棘齿，所述弹性棘齿与棘槽匹配啮合相连；所述传动一轮的转动轴线与传动二轮的转动轴线平行，且均与棘轮的转动轴垂
直；还包括防止棘轮转动过快造成棘轮和棘爪不匹配啮合的过冲部件。
5.优选地，复位装置包括复位扭簧，所述棘爪背离棘轮的一面通过中空连接柱固定连接有环状棘爪镶套，所述中空连接柱和棘爪镶套均套接在电机输出轴上；所述复位扭簧中部套接在中空连接柱上，一端与棘爪镶套固定相连，另一端与步进电机固定相连。
6.优选地，步进电机设置在电机座内，电机座与壳体固定相连，且步进电机的电机输出轴从电机座的一侧面伸出，该侧面上还固定设置用于防止棘轮反转的止逆部件，所述止逆部件与棘轮上的传动齿牙相啮合；所述电机座上固定连接有弹簧挡销，所述复位扭簧与步进电机固定相连的一端与弹簧挡销固定相连。
7.优选地，止逆部件包括止逆挡销及与棘轮上传动齿牙匹配啮合的止逆棘爪，所述电机座上设置有一固定孔，所述止逆棘爪上设置有连接通孔，所述止逆棘爪通过连接通孔转动套接在止逆挡销上，止逆挡销的一端固定设置在固定孔内；还包括止逆扭簧，所述止逆挡销上设置有限位槽，所述止逆扭簧套接在止逆挡销上，且止逆扭簧的一端设置在限位槽内，另一端与止逆棘爪的一侧相抵；当棘轮反转时，止逆棘爪与棘轮上传动齿牙相抵，止逆棘爪限制传动齿牙转动。
8.优选地，过冲部件固定设置在电机座上设置止逆部件的一面上，且与棘轮匹配相连。
9.优选地，过冲部件包括过冲挡销和设置在棘轮上的过冲棘齿，所述过冲挡销固定设置在电机座上，所述过冲挡销上转动套接有过冲套，所述过冲套上固定连接有与棘轮上过冲棘齿匹配相连的过冲棘爪；所述过冲棘齿沿棘轮周向在棘轮的周面上设置一圈，所述过冲棘爪与过冲棘齿匹配啮合；还包括过冲扭簧和第一限动拨片及第二限动拨片，所述过冲扭簧套接在过冲挡销上，且一端与过冲棘爪固定相连，另一端与电机座固定相连；所述第一限动拨片的一端与棘爪固定相连，过冲套上设置有啮合斜面，当第一限动拨片随棘爪转动，第一限动拨片远离棘爪的一端与过冲套上啮合斜面相接触，第一限动拨片驱动过冲套转动，过冲棘爪与过冲棘齿相啮合；所述第二限动拨片的一端与棘爪固定相连，电机座上固定设置有限位销，第二限动拨片远离棘爪的一端与限位销匹配相连；所述第一限动拨片和第二限动拨片均位于限位销和过冲挡销之间的区域。
10.优选地，传动一轮的齿数为15、模数为0.35、变位系数为+0.5；传动二轮的齿数为27、模数为0.35、变位系数为-0.65；棘轮与传动二轮的齿数均为：27、模数均为0.35、变位系数均为-0.67。
11.优选地，棘爪通过端部压紧螺母与步进电机上的电机输出轴固定相连；所述步进电机为高低温微型步进电机。
12.优选地，传动一轮、传动二轮及棘轮组成的传动系统的传动比为1.8。
13.优选地，电路板包括保护电路，所述保护电路包括二极管和三极管，所述三极管的
集电极与步进电机相连，三极管的发射极和步进电机远离三极管的一端分别与电路板上用于接收脉冲信号的端子相连；还包括第一电阻，第一电阻的一端与步进电机远离三极管的一端相连，第一电阻的另一端与二极管的阴极相连，二极管的阳极与三极管的发射极相连；三极管的基极通过第二电阻与二极管的阴极相连。
14.本发明属于机电结合式的传动装置，结构紧凑，传动稳定，体积小、功耗低、电机力矩大、可靠性高，环境适应能力强。本发明不受计数组件位数限制，实现多位数字累加功能，可对不同频率脉宽下的脉冲信号进行累计叠加计数。
15.本发明属于机电结合式的传动装置，传动精度高、传动效率高、适用范围宽、使用寿命长、结构紧凑、工作性能稳定、传动直接、电机输出力矩大、可靠性高，便于装配，环境适应能力强；本发明利用棘轮棘爪往复式传动装置实现电机与数码轮之间的连接。
16.本发明步进电机为高低温微型步进电机，相较于以往的电磁吸合式传动，体积更小、功耗更低、输出力矩更大、可靠性更高，更便于加工，成本经济。
17.本发明利用棘轮、棘爪、复位扭簧、止逆棘爪及过冲棘爪使本发明具有较强的耐冲击性、抗干扰性、高可靠性。
18.本发明中的保护电路在一定输入电压的变化范围内使控制步进电机所需电流在一定要求范围内，从而保证了步进电机输出恒定力矩。该电路所需元器件少且结构简单，解决了步进电机因电压变化带来的电路中电路的波动，从而造成步进电机输出力矩发生变化，传统恒流电路元器件多，电路结构复杂，发热量大，硬件成本高的问题，使得电路便于维护和检修。
附图说明
19.图1为本发明的分解示意图。
20.图2为齿轮往复式传动装置示意图。
21.图3为棘轮、棘爪、过冲部件及止逆部件连接示意图。
22.图4为止逆部件分解示意图。
23.图5为过冲部件分解示意图。
24.图6为棘轮棘爪啮合示意图。
25.图7为棘轮、传动二轮、传动一轮啮合传动示意图。
26.图8为棘爪、棘轮、过冲部件及止逆部件初始位置示意图。
27.图9为棘轮棘爪啮合转动36
°
时棘爪、棘轮、过冲部件及止逆部件位置示意图。
28.图10为为棘爪、棘轮、过冲部件及止逆部件复位示意图。
29.图11为保护电路示意图。
30.附图标记：1-壳体，2-计数轮组件，3-步进电机，4-传动一轮，5-传动二轮，6-棘轮，7-棘爪，8-传动齿牙，9-棘槽，10-复位扭簧，11-棘爪镶套，12-电机座，13-止逆棘爪，14-止逆扭簧，15-过冲棘齿，16-过冲套，17-过冲棘爪，18-第一限动拨片，19-第二限动拨片，20-啮合斜面，21-电路板，22-止逆挡销，23-过冲扭簧。
具体实施方式
31.本发明一种棘轮棘爪计数装置，包括壳体1及设置在壳体1内用于计数的计数轮组件2和步进电机3，计数轮组件2包括多个数码轮及连接相邻两个数码轮的进位轮，首个数码轮为个位数码轮，所述步进电机3通过齿轮往复式传动装置与个位数码轮相连；所述齿轮往复式传动装置上还设置有复位装置；所述步进电机3上连接有用于接收脉冲信号，并控制步进电机3动作的电路板21；当步进电机3收到脉冲信号，步进电机3动作一次，步进电机3驱动齿轮往复式传动装置动作使得复位装置发生形变，并带动个位数码轮转动计数一次；当复位装置复位，带动齿轮往复式传动装置和步进电机3复位；所述齿轮往复式传动装置包括相互啮合的传动一轮4、传动二轮5、棘轮6及棘爪7；所述传动一轮4与个位数码轮固定相连，且传动一轮4的转动轴线与个位数码轮的转动轴线位于同一直线上；传动一轮4通过传动二轮5与棘轮6相啮合；所述棘爪7与步进电机3上的电机输出轴固定相连，棘轮6与棘爪7匹配啮合，且棘轮6的转动轴线与棘爪7的转动轴线位于同一直线上；所述棘轮6的周面上设置有与传动二轮5匹配啮合的传动齿牙8，棘轮6朝向棘爪7的一面上设置有一圈棘槽9，棘爪7朝向棘轮6一面上设置有弹性棘齿，所述弹性棘齿与棘槽9匹配啮合相连；实际使用时，可以在棘爪7上设置两个对称的弹性棘齿，两个弹性棘齿均与棘槽9匹配啮合相连，两个弹性棘齿同步动作。
32.所述传动一轮4的转动轴线与传动二轮5的转动轴线平行，且均与棘轮6的转动轴垂直；还包括防止棘轮6转动过快造成棘轮6和棘爪7不匹配啮合的过冲部件。
33.复位装置包括复位扭簧10，所述棘爪7背离棘轮6的一面通过中空连接柱固定连接有环状棘爪镶套11，所述中空连接柱和棘爪镶套11均套接在电机输出轴上；所述复位扭簧10中部套接在中空连接柱上，一端与棘爪镶套11固定相连，另一端与步进电机3固定相连。
34.步进电机3设置在电机座12内，电机座12与壳体1固定相连，且步进电机3的电机输出轴从电机座12的一侧面伸出，该侧面上还固定设置用于防止棘轮6反转的止逆部件，所述止逆部件与棘轮6上的传动齿牙8相啮合；所述电机座12上固定连接有弹簧挡销，所述复位扭簧10与步进电机3固定相连的一端与弹簧挡销固定相连。
35.止逆部件包括止逆挡销22及与棘轮6上传动齿牙8匹配啮合的止逆棘爪13，所述电机座12上设置有一固定孔，所述止逆棘爪13上设置有连接通孔，所述止逆棘爪13通过连接通孔转动套接在止逆挡销22上，止逆挡销22的一端固定设置在固定孔内；还包括止逆扭簧14，所述止逆挡销22上设置有限位槽，所述止逆扭簧14套接在止逆挡销22上，且止逆扭簧14的一端设置在限位槽内，另一端与止逆棘爪13的一侧相抵；当棘轮6反转时，止逆棘爪13与棘轮6上传动齿牙8相抵，止逆棘爪13限制传动齿牙8转动。
36.过冲部件固定设置在电机座12上设置止逆部件的一面上，且与棘轮6匹配相连。
37.过冲部件包括过冲挡销和设置在棘轮6上的过冲棘齿15，所述过冲挡销固定设置在电机座12上，所述过冲挡销上转动套接有过冲套16，所述过冲套16上固定连接有与棘轮6上过冲棘齿15匹配相连的过冲棘爪17；所述过冲棘齿15沿棘轮6周向在棘轮6的周面上设置一圈，所述过冲棘爪17与过冲棘齿15匹配啮合；还包括过冲扭簧23和第一限动拨片18及第二限动拨片19，所述过冲扭簧23套接在过冲挡销上，且一端与过冲棘爪17固定相连，另一端与电机座12固定相连；所述第一限动拨片18的一端与棘爪7固定相连，过冲套16上设置有啮合斜面20，当第一限动拨片18随棘爪7转动，第一限动拨片18远离棘爪7的一端与过冲套16上啮合斜面20相接触，第一限动拨片18驱动过冲套16转动，过冲棘爪17与过冲棘齿15相啮合；所述第二限动拨片19的一端与棘爪7固定相连，电机座12上固定设置有限位销，第二限动拨片19远离棘爪7的一端与限位销匹配相连；所述第一限动拨片18和第二限动拨片19均位于限位销和过冲挡销之间的区域。
38.传动一轮4的齿数为15、模数为0.35、变位系数为+0.5；传动二轮5的齿数为27、模数为0.35、变位系数为-0.65；棘轮6与传动二轮5的齿数均为：27、模数均为0.35、变位系数均为-0.67。
39.棘爪7通过端部压紧螺母与步进电机3上的电机输出轴固定相连；所述步进电机3为高低温微型步进电机3。
40.传动一轮4、传动二轮5及棘轮6组成的传动系统的传动比为1.8。
41.电路板21包括保护电路，所述保护电路包括二极管和三极管，所述三极管的集电极与步进电机3相连，三极管的发射极和步进电机3远离三极管的一端分别与电路板21上用于接收脉冲信号的端子相连；还包括第一电阻，第一电阻的一端与步进电机3远离三极管的一端相连，第一电阻的另一端与二极管的阴极相连，二极管的阳极与三极管的发射极相连；三极管的基极通过第二电阻与二极管的阴极相连。
42.使用时，电路板21上的接线端子接收到外界脉冲信号，使步进电机3的磁钢受通电线圈影响产生洛伦兹力，又因为磁钢为径向充磁，从而驱动步进电机3的电机输出轴转动，步进电机3与棘爪7通过压紧螺母与步进电机3的电机输出轴进行刚性连接，在复位扭簧10的作用下实现往复运动。
43.步进电机3驱动棘爪7转动，棘爪7驱动棘轮6转动，棘轮6与传动二轮5以及传动一轮4与传动二轮5相啮合传动，并带动计数组件转动计数，接线端子接收n个脉冲信号计数组件就有n个计数，从而实现计数功能。
44.在复位扭簧10带动棘爪7复位过程中，因棘爪7与棘轮6端面上棘槽9相接触，所以二者之间产生摩擦，棘爪7带动棘轮6进行反转：当棘轮6即将发生反转时，此时止逆棘爪13与棘轮6上传动齿牙8相抵，限制棘轮6反转，复位扭簧10只能带动棘爪7复位，并等待下一轮动作输出。当棘轮6正转时，传动齿牙8与止逆棘爪13相摩擦同时压缩止逆扭簧14，但止逆扭簧14趁传动齿牙8空程时，迅速使得止逆棘爪13复位。
45.棘爪7在步进电机3的作用下转动至第一极限位置，然后在复位扭簧10的作用下复位至第二极限位置，在此过程中推动棘轮6转动实现动力传递，进而实现计数。
46.当棘爪7转动至第一极限位置时，第一限动拨片18与过冲套16上的啮合斜面20相接触，并驱动过冲套16转动，过冲套16上固定连接有过冲棘爪17，过冲套16转动带动过冲棘爪17转动并使得过冲棘爪17与棘轮6上的过冲棘齿15相啮合，其目的是防止棘爪7带动棘轮6转动时，棘轮6转动过快造成棘轮6与棘爪7的不匹配啮合，另一目的是利用过冲挡销对棘爪7进行限位。
47.棘爪7转动至第一极限位置后，在复位扭簧10的作用下开始复位，第一限动拨片18脱离过冲套16上的啮合斜面20，在过冲扭簧23的作用下，过冲棘爪17复位，棘爪7在复位扭簧10的作用下朝向第二极限位置转动，当棘爪7转动至第二极限位置时，第二限动拨片19与限位销相抵，实现对棘爪7的限位。
48.实际使用时，传动一轮4、传动二轮5及棘轮6组成的传动系统的传动比为1.8，棘轮6上的传动齿牙8设置27个齿，传动二轮5设计为27个齿，传动一轮4设计为15个齿，又因为数码轮转动一个字为36
°
，根据公式计算出棘爪7转动的角度为：；当步进电机3带动棘爪7转动20
°
时，棘爪7转动至第一极限位置，然后在复位扭簧10的作用下复位至第二极限位置，步进电机3再次带动棘爪7转动20
°
如此往复运动，实现计数，在该典型应用实例当中，棘爪7推动棘轮6旋转角度为20
°
，依靠复位扭簧10推动棘爪7复位，此过程中复位扭簧10最大扭矩为20 g
•
mm～25g
•
mm，保证复位扭簧10输出力矩为电机输出力矩的三分之一；棘轮6与步进电机3与传动二轮5传动比为1，传动二轮5与传动一轮4传动比为1.8，传动一轮4转动36
°
；即棘爪7每转动20
°
，传动一轮4转动一个齿。整个过程中电机组件输出力矩不小于90g
•
mm，功耗小于100ma，通电线圈线径规格为0.04mm、匝数规格为500匝；可接收外界脉冲信号最小响应脉宽为10ms，脉冲信号最大响应频率为25hz；线路板部件10可实现过载保护功能。
49.步进电机3为高低温微型步进电机3，相较于以往的电磁吸合式传动，体积更小、功耗更低、输出扭矩更大、可靠性更高、更便于加工，成本经济。
50.棘轮6和棘爪7为端面啮合传动，相较于以往的齿轮啮合式传动，传动更平稳、可靠性更高，更便于加工，成本经济。