一種用于機械式定時閥門的閥門開關機構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于閥門【技術領域】，公開了一種用于機械式定時閥門的閥門開關機構，其特征在于，包括轉軸、與轉軸單向聯(lián)動的鎖止輪、用于鎖定鎖止輪的鎖桿，所述轉軸上設置有關閥發(fā)條，所述轉軸與鎖止輪通過棘輪機構連接，所述鎖止輪圓周上設齒，所述鎖桿第一端設有卡齒，第二端抵靠在定時器凸輪的外緣上，定時器凸輪外緣由一段以放轉中心為圓心的圓弧輪廓和一段突變輪廓組成，當定時器凸輪的圓弧輪廓對應鎖桿第二端時，鎖桿第一端的卡齒嵌在鎖止輪的齒槽內(nèi)，當定時器凸輪的突變輪廓對應鎖桿第二端時，鎖桿第二端隨突變輪廓運動，鎖桿第一端的卡齒從鎖止輪的齒槽內(nèi)脫出。本發(fā)明結構緊湊合理，可靠性高，且有利于縮減產(chǎn)品尺寸及產(chǎn)品成本。
【專利說明】一種用于機械式定時閥門的閥門開關機構
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于閥門【技術領域】，涉及如何實現(xiàn)閥門定時關閉的技術，主要應用于燃氣管道的閥門。
【背景技術】
[0002]氣體燃料在家庭應用上的普及，為人們的生活帶來極大便利，但是一些問題也逐步顯現(xiàn)出來。最為人們所重視的問題即安全問題，多年，人們把防范的重點放在燃料泄漏上，然而關注多年來所發(fā)生的事故反現(xiàn)，大多因閥門忘記關閉導致。針對這一問題，近年已有具有定時功能的閥門出現(xiàn)，但多采用電子式定時器，但因價格偏等原因，并未在家用上普及。而且其最大缺點是，當電池失效時，定時功能隨之失效。對于容易忘記關閉閥門的用戶來說，要求其按時更換電池，顯然不容易做到。如不及時更換電池，定時閥門豈不形同虛設。
[0003]此外，電子式定時器中電子元件可靠性低，容易損壞失效或受到干擾出錯，而且電子元件怕水。因此電子式定時閥門可靠性很低。
[0004]機械式定時器，主要由定時機構和擒縱調(diào)速機構兩部分組成，定時機構由發(fā)條(下稱計時發(fā)條)作為原動力驅動主軸回轉，由凸輪作為觸發(fā)機構觸發(fā)執(zhí)行機構在定時結束時動作，凸輪一般單獨裝配在凸輪軸上，凸輪軸與主軸通過齒輪傳動，對于主軸定時范圍不超過一周的定時器來說，凸輪也可以直接裝配在主軸上。
[0005]定時手柄一般裝配在主軸上，也有部分定時器另設一個定時軸，定時軸上裝配定時手柄，定時軸與主軸通過齒輪傳動。
[0006]擒縱調(diào)速機構與鐘表的結構原理相同(參見天津大學精儀系計時教研室編著的《機械計時儀器》，天津科學技術出版社，天津，1980。陳昌山編著的《手表結構原理》，上?？茖W技術出版社，上海，1980)，由擺輪游絲機構產(chǎn)生固定頻率的擺動，通過擒縱叉將擺動傳遞至擒縱輪，由擒縱叉端部的兩個叉瓦或圓柱銷釘交替作用控制擒縱輪的轉速(擺輪每擺動一次，擒縱輪轉動一個齒的角度)，擒縱輪的轉動由調(diào)整機構的終端調(diào)速輪通過齒輪組帶動。終端調(diào)速輪與主軸通過棘輪機構(內(nèi)嚙合式棘輪機構)配合，主軸回轉時兩者聯(lián)動(棘爪與棘齒嚙合)，擒縱叉對擒縱輪的控制最終體現(xiàn)在對主軸回轉轉速的控制上。通過手柄向發(fā)條蓄力方向旋轉主軸，主軸帶動凸輪轉離觸發(fā)相位。放開手柄，定時開始。發(fā)條驅動主軸在擒縱調(diào)速機構限制作用下緩慢回轉，直到凸輪回歸到觸發(fā)相位，定時結束，執(zhí)行機構由凸輪觸發(fā)動作。
[0007]定時器凸輪常見的有兩種，一種是圓周帶凸起部的常見盤式凸輪，一種是圓周上帶凹口的圓盤結構。第一種是通過凸起推動執(zhí)行機構完成動作，凸輪直接做為執(zhí)行動作的動力源，通常用于執(zhí)行機構需要的推動力較小，且執(zhí)行機構動作簡單的場合，如觸發(fā)接觸式開關。第二種是通過凹口解除對執(zhí)行機構的限制，由執(zhí)行機構自行完成動作，一般用于執(zhí)行機構完成執(zhí)行所需的動力較大或者執(zhí)行動作較復雜的場合，如鬧鐘的定時機構的凸輪即為圓周上帶凹口的圓盤結構，凹口的作用在于解除對鬧鐘撞錘的擺動限制。
[0008]若將機械式定時器應用于閥門上制作成機械式定時閥門，一個核心問題在于如何實現(xiàn)通過定時器打開或關閉閥門。目前市面上已有的用于燃氣管道上的采用機械式定時器的閥門，在閥門開關動作機構上，均由定時器凸輪提供關閉閥門的動力，這種設計主要存在兩方面缺點，一方面，由于開關閥門所需要的力較大，尤其是球閥。為了定時器凸輪能提供足夠大的力關閉閥門，需要為定時器配置扭力很大的發(fā)條，但發(fā)條很大的扭力僅在定時結束的短暫一刻被應用，在與關閉閥門時間相比時長幾千倍的(以關閉閥門用時0.5秒，定時60分鐘計算，計時過程為關閉閥門的7200倍)計時過程中，發(fā)條的大扭力毫無用處。更關鍵的是，發(fā)條的大扭力對擒縱調(diào)速機構的齒輪組帶來了更大負擔，容易導致?lián)p壞。此外，在關閉閥口的過程中，定時器凸輪與主軸之間的齒輪傳動機構也需承擔更大的壓力，不僅對其強度要求增加，也容易損壞。另一方面，定時器凸輪的輪廓突變距離有限，一般難以滿足關閉閥門所需的動作距離，還需要采用杠桿等傳動機構傳遞放大，但杠桿的使用將大大增加產(chǎn)品的尺寸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明目的在于，基于上述現(xiàn)有技術，提出一種結構緊湊可靠性更高耐用性好的用于機械式定時閥門的閥門開關機構。
[0010]米用的技術方案是:一種用于機械式定時閥門的閥門開關機構，包括一通過正轉與反轉打開或關閉閥門的轉軸、與轉軸單向聯(lián)動的鎖止輪、用于鎖定鎖止輪的鎖桿，所述轉軸上設置有用于驅動轉軸反轉的關閥發(fā)條，關閥發(fā)條的卸力方向為轉軸關閉閥門的旋轉方向(轉軸打開閥門時則對發(fā)條蓄力)，所述轉軸與鎖止輪通過棘輪機構連接，轉軸反轉時棘輪機構嚙合，所述鎖止輪圓周上設齒，所述鎖桿第一端設有卡齒，第二端抵靠在定時器凸輪的外緣上，定時器凸輪外緣由一段以放轉中心為圓心的圓弧輪廓和一段突變輪廓組成，當定時器凸輪的圓弧輪廓對應鎖桿第二端時，鎖桿第一端的卡齒嵌在鎖止輪的齒槽內(nèi)，當定時器凸輪的突變輪廓對應鎖桿第二端時，鎖桿第二端隨突變輪廓運動，鎖桿第一端的卡齒從鎖止輪的齒槽內(nèi)脫出。
[0011]本發(fā)明通過另設專用于關閉發(fā)條機構作為到時自動關閉閥門的動力源，閥門關閉動作的動力來源不依賴于定時器凸輪，在本發(fā)明中，定時器凸輪只是一個觸發(fā)或限制部件，需要很小轉動力即可，因此定時器可以選用扭力較小的發(fā)條，對定時器擒縱調(diào)速機構的齒輪組和定時機構的傳動齒輪都很友好。非常有利于降低定時器部分成本。而且，與現(xiàn)有機械式定時閥門相比，定時閥門整體結構也更加緊湊，非常有利于縮減產(chǎn)品尺寸。本發(fā)明通過棘輪機構配合卡齒式鎖止機構限制轉軸反轉，達到維持閥門打開狀態(tài)的目的，有四兩撥千斤之效，而且活動機件的移動距離僅限于卡齒的齒高，結構非常緊湊。
[0012]在本發(fā)明上述方案中，所述鎖止輪與轉軸間的連接結構可以有各種形式。所述鎖止輪可以直接通過棘輪機構裝配在轉軸上，鎖止輪與轉軸分別與棘輪機構的棘爪或棘輪連接。也可以將鎖止輪裝配在其它軸上，鎖止輪與轉軸通過齒輪機構傳動。棘輪機構可以設置在轉軸上，也可以設置在鎖止輪的安裝軸上。下面例舉幾種具體的連接結構:
所述鎖止輪可以直接與棘輪機構的棘輪同軸固定在一起，或者與棘輪機構的棘輪通過一對過橋齒輪連接。棘輪機構的棘爪設置在所述轉軸上，棘輪機構的棘輪齒面傾斜方向與轉軸正轉方向相同。
[0013]或者，所述鎖止輪與棘輪機構的棘輪同軸固定在一起，但棘輪機構的棘爪不設置在所述轉軸上，而是設置在一過橋軸上，過橋軸通過一對齒輪與轉軸連接。
[0014]再或者，棘輪機構的棘爪鉸接在所述鎖止輪上，鎖止輪與棘輪機構的棘輪同軸心設置；棘輪機構的棘輪與所述轉軸固定，或者與轉軸通過齒輪機構連接。
[0015]再或者，棘輪機構的棘爪鉸接在與轉軸同軸心的齒輪上，該齒輪可轉動地套裝在轉軸上，棘輪機構的棘輪與轉軸同軸固定裝配。鎖止輪為齒輪直接與設置棘爪的齒輪嚙合，或者鎖止輪與另一齒輪同軸固定設置在一起，另一齒輪與設置棘爪的齒輪嚙合。
[0016]考慮到用于關閉閥門的發(fā)條的扭力比較大，如轉軸直接將扭矩傳遞給鎖止輪，卡齒作用在鎖止輪齒牙上受力較大，容易損壞，因此，本發(fā)明提出一種優(yōu)選結構:轉軸與鎖止輪之間設有大、小兩個相互嚙合的過橋齒輪，其中過橋大齒輪通過棘輪機構裝配在轉軸上，過橋小齒輪與鎖止輪同軸且周向相對固定設置。
[0017]更具體地，棘輪機構為外嚙合式棘輪機構，棘輪與轉軸固定，過橋大齒輪可轉動地套裝在轉軸上，棘爪鉸接或一端固定在大齒輪上；或者，棘輪機構為內(nèi)嚙合式棘輪機構，過橋大齒輪與棘輪同軸心相對固定設置，棘爪周向固定地設置在轉軸上；針對第二種結構，大齒輪與棘輪可以合二為一，即大齒輪為環(huán)形結構，外緣為齒輪結構，內(nèi)圓為棘輪結構。
[0018]本發(fā)明中，所述鎖桿相同或不同定時器凸輪結構，可以有幾種不同設置結構，大體可以為移動設置和擺動設置兩種。
[0019]例如，鎖桿移動設置，鎖桿優(yōu)選直桿結構，卡齒設在第一端端面，卡齒嵌入鎖止輪的齒槽內(nèi)，限制鎖止輪轉動，進一步地，轉軸反轉亦被限制。鎖止輪的齒面與卡齒的齒面相互作用，對鎖桿產(chǎn)生一個指向第二端的作用力。定時器凸輪為圓周上帶有凹口的圓盤結構。當凹口轉動至對應鎖桿第二端時，在鎖止輪齒面與卡齒齒面相互作用下，鎖桿第二端移動進入凹口，第一端卡齒從鎖止輪的齒槽內(nèi)脫出，鎖桿對鎖止輪的轉動限制失效，轉軸反轉限制被解除。
[0020]再如，鎖桿擺動設置，鎖桿可以是直桿或彎曲結構，卡齒設在第一端側面，卡齒嵌入鎖止輪的齒槽內(nèi)，限制鎖止輪轉動，進一步地，轉軸反轉亦被限制。鎖止輪的齒面與卡齒的齒面相互作用，對鎖桿產(chǎn)生一個與卡齒方向相反的扭矩。鎖桿第二端設有銷結構或凸緣等向側面凸出的結構，銷或凸緣側面抵靠在定時器凸輪外緣上，定時器凸輪為圓周上帶有凹口的圓盤結構。當定時器凸輪轉動至其凹口對正銷或凸緣時，鎖桿第二端向定時器凸輪圓心方向擺動，第一端卡齒從鎖止輪的齒槽內(nèi)脫出。對鎖止輪的限制撤銷，轉軸在發(fā)條作用下反轉，關閉閥門。
[0021]考慮到移動設置鎖桿需限制鎖止輪、鎖桿、定時器凸輪三者在一條線上，對三者位置方系構成了限制，不利于定時器結構設計，因此本發(fā)明相對優(yōu)選鎖桿擺動設置，一種具體方案為:所述鎖桿擺動設置?？X設置第一端的正向(順時針方向或逆時針方向)側，鎖桿第二端抵靠在定時器凸輪外緣上，定時器凸輪為圓周上帶有凹口的圓盤結構，定時器凸輪位于鎖桿第二端的反向(與卡齒相對于第一端的方向相反，逆時針方向或順時針方向)偵lJ,當定時器凸輪的凹口對應鎖桿第二端時，鎖桿第二端向定時器凸輪中心擺動，鎖桿第一端的卡齒從鎖止輪的齒槽內(nèi)脫出。
[0022]定時器凸輪也可以選擇圓周上帶凸起的常規(guī)盤式凸輪，采用此種凸輪結構，凸起為推鎖桿第一端卡齒脫出鎖止輪齒槽的構造，凸輪作用在于向遠離圓心的方向推動鎖桿，因此，鎖止輪圓弧輪廓對鎖桿不起實質(zhì)性作用。需為鎖桿設置維持其第一端卡齒嵌在鎖止輪齒槽內(nèi)的狀態(tài)的機構，如設推動鎖桿第一端靠向鎖止輪的彈簧機構。與帶凹口的圓盤結構相比，鎖止機構的結構相對復雜。
[0023]作為一種改進，為了使開關結構整體上更緊湊，可以將定時器凸輪和轉軸可以同軸心設置，例如，定時器凸輪安裝軸中心帶通孔，轉軸由通孔穿過，轉軸側面與通孔滑動配合。此外，也可以不設置定時器凸輪安裝軸，而是將定時器凸輪可轉動地套裝在轉軸上，用于定時器凸輪與定時器主軸傳動的齒輪同樣可轉動地套裝在轉軸上，通過銷釘結構使其與定時器凸輪固定，或至少在轉動方向上相對固定。采用中空結構的定時器凸輪安裝軸安裝定時器凸輪時，為了保證定時器凸輪與同步齒輪的可靠同步，以確保定時的準確性，也可以采用銷釘結構將兩者固定。
[0024]本發(fā)明所述方案可以適用于閥桿轉動式閥門，如球閥，截止閥等，也可以適用于閥桿移動式的閥門，如隔膜閥。
[0025]當用于球閥時，所述轉軸可以是閥桿本身，也可以與閥桿同軸同步聯(lián)動裝配，還可以與閥桿通過齒輪傳動機構連接。
[0026]在本發(fā)明中，關閥發(fā)條的作用則是為了關閥閥門。因此，當轉軸不是球閥的閥桿本身時，作為本發(fā)明的一種等效替代方式，所述關閥發(fā)條可以裝配在閥桿上。
[0027]當用于閥芯移動式閥門時，所述轉軸與閥桿(或用于推拉隔膜的連桿)可以通過連桿機構(如曲柄滑塊機構)、凸輪機構、齒輪齒條傳動機構聯(lián)接。
[0028]在本發(fā)明中，手動扭轉手柄，使主軸向發(fā)條蓄力方向旋轉以設定定時時長的過程，稱為定時，放開手柄后，發(fā)條開始釋放勢能，驅動各部件動作的過程，稱為計時。說明書提及的正轉，是指各部件在定時過程中的轉動方向，包括打開閥門的轉動方向；反轉，是指各部件在計時過程中的轉動方向，包括關閉閥門的轉動方向?；剞D，是指部件與上次轉動方向相反的轉動。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為基于本發(fā)明所述方案的一種機構式定時球閥的結構示意圖。
[0030]圖2為圖1中A-A向截面圖。
[0031]圖3為起始狀態(tài)下，扇形齒輪與定時器主軸間的連接關系示意圖。
[0032]圖4為定時過程中，打開閥門前一刻，扇形齒輪與定時器主軸間的連接關系示意圖。
[0033]圖5為定時過程中，閥門打開后，扇形齒輪與定時器主軸間的連接關系示意圖。
[0034]圖6為計時過程中，扇形齒輪反轉脫位后，扇形齒輪與定時器主軸間的連接關系示意圖。
[0035]圖7為計時結束后，閥門關閉后，扇形齒輪與定時器主軸間的連接關系示意圖。
[0036]圖8為起始狀態(tài)下，定時器凸輪與定時器主軸間的連接關系示意圖。
[0037]圖9為定時過程中，定時器凸輪與定時器主軸間的連接關系示意圖。
[0038]圖10為定時過程中，定時器凸輪與定時器主軸間的連接關系示意圖。
[0039]圖11為計時過程中，定時器凸輪與定時器主軸間的連接關系示意圖。
[0040]圖12為計時結束后，定時器凸輪與定時器主軸間的連接關系示意圖。
[0041]圖13為起始狀態(tài)下，定時器凸輪與鎖止輪、鎖桿間的傳動關系示意圖。[0042]圖14為定時過程中，定時器凸輪與鎖止輪、鎖桿間的傳動關系示意圖。
[0043]圖15為定時過程中，定時器凸輪與鎖止輪、鎖桿間的傳動關系示意圖。
[0044]圖16為計時過程中，定時器凸輪與鎖止輪、鎖桿間的傳動關系示意圖。
[0045]圖17為計時結束后，定時器凸輪與鎖止輪、鎖桿間的傳動關系示意圖，該圖為鎖桿向內(nèi)擺動狀態(tài)。
[0046]圖18為計時結束后，定時器凸輪與鎖止輪、鎖桿間的傳動關系示意圖，該圖為鎖桿向外擺動狀態(tài)。
圖19為反轉限制機構的鎖止輪與轉軸的連接結構示意圖。
【具體實施方式】
[0047]下面結合附圖，以一個采用本發(fā)明所述閥門開關機構的機械式定時球閥為例對本發(fā)明所述技術方案的技術原理及其效果做進一步說明。
[0048]參照圖1-19，該組圖公開的是一種定時結束后可報警提示的機械式定時球閥，其中，圖3-7為扇形齒輪與轉軸在定時、計時過程中a-e五個狀態(tài)下的傳動關系，圖8_12所示為定時器凸輪與定時器主軸在定時、計時過程中a-e五個狀態(tài)下的傳動關系，圖13-18所示為定時器凸輪與鎖止輪在定時、計時過程中a-e五個狀態(tài)下的傳動關系。
[0049]圖示機械式定時球閥包括機械式定時器和球閥兩大部分，機構式定時器的擒縱調(diào)速機構(未示出)可以采用結構相對簡單的常見銷釘式擒縱機構調(diào)速，包括擺輪游絲機構、擒縱叉、擒縱輪、齒輪組、調(diào)速輪組成，擺輪上設有擺釘，擒縱叉擺動設置，叉頭有與擺釘配合的叉槽，擺輪通過擺釘與叉槽的配合關系帶動擒縱叉往復擺動，擒縱叉的叉尾設有兩個圓柱銷釘，擒縱輪為圓周均勻設置多個平齒的齒輪結構，擒縱叉在擺動時，兩個圓柱銷釘交替進出擒縱輪的齒槽，擺輪每擺動一次，擒縱輪可轉動一個齒的角度。擒縱輪與終端調(diào)速輪之間通過齒輪組傳動。
[0050]所述終端調(diào)速輪5通過內(nèi)嚙合棘輪機構安裝在定時器主軸I上，定時器的主軸I上安裝有用于打開閥門的第一齒輪2、用于定時的第二齒輪3、主軸最上端設手柄,第一齒輪2與扇形齒輪26嚙合。
[0051]定時器凸輪20固定裝配在一筒軸23上，筒軸上還裝配一與第二齒輪3嚙合的第三齒輪22。定時器凸輪20為圓盤結構，圓周上設有一凹口 32。第三齒輪22上設有一銷孔，定時器凸輪20上固定設有一伸入第三齒輪的銷孔內(nèi)的銷釘21。銷釘21與銷孔配合，以確保定時器凸輪20與第三齒輪22同步轉動。
[0052]球閥部分包括閥體10、閥桿14、球形的閥芯13,閥體10與定時器部分的殼體固定在一起，組成整個閥門的殼體4，閥桿14裝配在閥體10上的閥桿裝配孔內(nèi)，下端連接頭11插在閥芯上端的槽形扁口 12內(nèi)。
[0053]閥桿上設有一穿過閥桿軸心的橫銷15，閥桿裝配孔上端對應閥桿上端橫銷15的部位設有兩個中心對稱的扇形槽16。橫銷15兩端伸出閥桿14的部分分別位于兩個扇形槽16內(nèi)，橫銷端部在扇形槽內(nèi)的自由轉動角為90度。
[0054]閥桿上端設一槽形扁口，與閥桿同軸設置的轉軸27的下端連接頭9插在閥桿上端的槽形扁口內(nèi)，并與其相匹配。
[0055]轉軸27上裝配有用于關閉閥門的發(fā)條盤8，發(fā)條盤外殼與殼體4固定，發(fā)條盤內(nèi)部的發(fā)條內(nèi)端固定在閥桿上，外端與發(fā)條盤外殼固定。
[0056]在發(fā)條盤8上方設置有一通過內(nèi)嚙合棘輪機構6裝配在轉軸上的過橋大齒輪7。過橋大齒輪7為環(huán)形，內(nèi)緣為棘輪34，外緣為齒輪，棘輪齒面傾斜方向與轉軸打開閥門的轉動方向相同。過橋大齒輪側面設有一與之哨合的過橋小齒輪17,與過橋小齒輪17同軸安裝有一個圓周上設均勻的齒的鎖止輪18。擺動設置的鎖桿19 一端設有兩個與鎖止輪的齒配合的卡齒36,鎖桿19可在兩個卡齒36交錯被沖擊時擺動。鎖桿另一端設有撞錘35,撞錘35 —側設有一撞鈴(未示出)，鎖桿19上還設有一鎖銷31，所述鎖銷31側面抵壓在所述定時器凸輪20的圓周上，當定時器凸輪凹口 32以外的圓周面對應鎖桿上的鎖銷31時，鎖桿19的擺動受到定時器凸輪20的外緣阻擋，不能擺動，靜止的鎖桿的卡齒36的受力面與鎖止輪18的齒面相抵，鎖止輪18被鎖定無法轉動，閥門關閉動作間接受到限制。當定時器凸輪旋轉至其上凹口 32對應鎖桿上的鎖銷31時，鎖桿上的鎖銷31可自由出入凹口 32，定時器凸輪20對鎖桿19的限制作用消失，鎖桿對鎖止輪的鎖止作用即被撤消，鎖止輪18與過橋小齒輪17、過橋大齒輪7、轉軸27、閥桿14、閥芯13 —起在關閥發(fā)條作用下同步轉動，閥門被逐漸關閉。同時，鎖止輪18的齒面交替沖擊鎖桿的兩個卡齒36，鎖桿連續(xù)擺動直到閥門完全關閉。鎖桿每擺動一次，其上撞錘35撞擊一次撞鈴。
[0057]在本例中，上述反轉限制機構，一方面可以在被觸發(fā)失效前，限制閥桿反轉，另一方面通過帶有雙卡齒結構的鎖桿實現(xiàn)，在閥門關閉的同時，由鎖桿撞擊撞鈴，達到提示用戶的效果。
[0058]顯然，如不需要鈴聲提示功能，或以其它方式提示用戶計時已結束，則鎖桿上設置一個與鎖止輪的齒配合的卡齒即可，另一端也無需設置撞錘。
[0059]過橋齒輪的作用在于減小卡齒受到的沖擊力，延長鎖止輪及鎖桿使用壽命，如不考慮此問題，可以省略過橋齒輪，直接將鎖止輪18像過橋大齒輪7那樣通過棘輪機構6裝配在轉軸上。
[0060]扇形齒輪26通過位于其旋轉中心的軸孔套配在轉軸27的上端,扇形齒輪26尾部(與設齒的一側相對的另一側)設有一以扇形齒輪旋轉中心為圓心的弧形扁孔30,扭簧28 —端29設有彎腳，彎腳29插在弧形扁孔30內(nèi)，扭簧28另一端與殼體4固定。設置弧形扁孔的效果是:扭簧的彎腳從扁孔一端到另一端的過程中，與扇形齒輪不相互作用。這種結構可避免扇形齒輪在復位后受到扭簧不必要的作用力。
[0061]扇形齒輪26的下面，圍繞其軸孔設置兩個沿軸孔中心中心對稱的扇形槽24，一穿過轉軸27的軸心的橫銷25的兩端分別設置在兩個扇形槽24內(nèi)。橫銷25端部在扇形槽內(nèi)的自由轉動角，即為扇形齒輪相對于轉軸的自由轉動角。
[0062]本例中，所述扇形齒輪26的有效嚙合角(從第一齒輪一側開始嚙合到另一側脫位，扇形齒輪所轉過的角度)大于所述轉軸的開、關相位差角，等于其相對于轉軸的自由轉動角。
[0063]其工作過程如下:
a)使用閥門前，閥門處于關閉狀態(tài)，扇形齒輪處于反轉脫位狀態(tài)(在第一齒輪反轉方向側脫位)，扇形齒輪的弧形扁孔的正轉方向端抵壓在扭簧端部的彎腳上，扭簧發(fā)生正向形變，扭簧對扇形齒輪產(chǎn)生一正轉驅動力，使其正轉側齒抵靠在第一齒輪的齒上，如圖3所示。此時，扇形齒輪在正轉方向上相對于轉軸的自由轉角等于其相對于轉軸的自由轉動角與所述轉軸的開、關相位差角之差。在反轉方向上相對于轉軸的自由轉角等于所述轉軸的開、關相位差角；
b)開始使用閥門時，正向旋轉定時器主軸，第一齒輪正轉，扇形齒輪在扭簧作用下開始與第一齒輪嚙合，并隨之正轉，當扇形齒輪的旋轉角度等于其相對于轉軸的自由轉動角與所述轉軸的開、關相位差角之差時，扇形齒輪下面的扇形槽反轉方向側的端面與轉軸上的橫銷相接觸，此時，扇形齒輪相對于轉軸的自由轉動角全部在其反轉方向上，如圖4所示。扇形齒輪繼續(xù)隨第一齒輪正轉，將通過橫銷帶動轉軸開始正轉；
c)當扇形齒輪在第一齒輪正轉方向側脫位時，扇形齒輪轉過的角度等于其相對于轉軸的自由轉動角，則轉軸隨扇形齒輪轉過的角度剛好等于轉軸的開、關相位差角，此時，閥門完全打開，扇形齒輪相對于轉軸的自由轉動角還是全部在其反轉方向上。并且此時，扇形齒輪的弧形扁孔的反轉方向端抵壓在扭簧端部的彎腳上，扭簧已過其正向臨界點，發(fā)生反向開變，其對扇形齒輪的作用力反向，對扇形齒輪產(chǎn)生一反轉驅動力，如圖5所示。定時器凸輪的凹口順時針轉到另一側，鎖桿端部的鎖銷抵在定時器凸輪外緣上，后一卡齒嵌入鎖止輪齒槽內(nèi)，轉軸反轉被限制，如圖15所示；
d)放開定時手柄，計時開始，第一齒輪隨主軸在定時發(fā)條作用下開始反轉，扇形齒輪在扭簧作用下開始與第一齒輪重新嚙合，并隨之反轉，當扇形齒輪轉過的角度等于其相對于轉軸的自由轉動角，其與第一齒輪脫離嚙合，回歸到反轉脫位狀態(tài)，如圖6所示。此時，扇形齒輪下面的扇形槽正轉方向側的端面剛好與轉軸上的橫銷相接觸，但未相互作用，扭簧返回正向形變狀態(tài)，開始對扇形齒輪產(chǎn)生一正轉驅動力。在扇形齒輪的整個反轉過程中，因為自由轉動角的存在，轉軸未發(fā)生動作；定時器凸輪上的凹槽尚未回轉到起始位，反轉限制機構狀態(tài)不變，如圖16所示；
e)計時結束，定時器凸輪凹口回歸起始位，鎖銷可自由出入凹口，轉軸在關閥發(fā)條作用下反轉，開始關閉閥門，同時通過棘輪機構、過橋齒輪帶動鎖止輪轉動，鎖止輪齒面交替沖擊鎖銷上的兩個卡齒，鎖桿連續(xù)擺動，撞錘反復向外撞擊，如圖17、18所示。當反轉角度達到轉軸的開關相位差角，閥門被完全關閉，此時，定時閥門各部件均回到初始狀態(tài)，扇形齒輪在正轉方向上相對于轉軸的自由轉動角等于自由轉動角與所述轉軸的開、關相位差角之差。在反轉方向上相對于轉軸的自由轉動角等于所述轉軸的開、關相位差角，如圖7所示。
[0064]由以上過程不難看出，在整個過程中，扇形齒輪的扇形槽正轉方向側的端面與轉軸上的橫銷始終不發(fā)生作用。也就是說，扇形齒輪相對于軸轉的自由轉動角可以更大，并不影響其作用效果，只要滿足如下條件即可: 1、在初始狀態(tài)下，當扇形齒輪在反轉方向上脫位，閥門處于關閉狀態(tài)，扇形齒輪在正轉方向上應當相對于轉軸存在自由轉角(Ri#)，該自由轉角等于扇形齒輪的有效嚙合角(Rns
與轉軸的開、關相位差角(R^ss)之差。該條件一方面保證，扇形齒輪在復位前，不與轉軸發(fā)生作用，扇形齒輪則可以在遠小于開關閥門的扭矩的作用下即可從脫位狀態(tài)復位，實現(xiàn)與第一齒輪嚙合。另一方面保證，扇形齒輪在正轉方向上脫位時，閥門已完全打開；
2、扇形齒輪相對于轉軸的自由轉動角(R)不小于扇形齒輪的有效嚙合角(R^g)。該條件保證在扇形齒輪在反轉時，不帶動轉軸提前關閉閥門；
用公式表不為:R正關>0, R正關+R開關差=R唯合，R ^ R唯合。
[0065]上述扇形齒輪與轉軸之間的傳動關系，是實現(xiàn)“設定時間同時打開閥門，計時結束前閥門不被關閉”這一目的的關鍵所在。[0066]不難想到的是，如果作為扇形齒輪復位機構的扭簧對扇形齒輪可以產(chǎn)生足夠克服關閥發(fā)條及閥桿、閥芯摩擦阻力的扭矩，則在初始狀態(tài)下，扇形齒輪在正轉方向上可以不具有相對于轉軸的自由轉角。也就是，實現(xiàn)“設定時同時打開閥門，且計時結束前閥門不被關閉”這一目的的最低條件是:扇形齒輪的有效嚙合角(R?@)不大于扇形齒輪相對于轉軸的自由轉動角(R)，也不小于轉軸的開、關相位差角當扇形齒輪在正轉方向上脫位時，閥門打開，且此時其相對于轉軸的自由轉動角在其反轉方向上，即，此時，扇形齒輪在反轉方向上相對于轉軸的自由轉角(Rfiff)等于扇形齒輪相對于轉軸的自由轉動角；
用公式表不為:R ^ R R開關差，R反開=R。
[0067]此外，在本例中，轉軸非閥桿，但與閥桿同軸同步轉動，其傳動效果與轉軸即為閥桿本身的效果相同，不同之處僅在于機件安裝的方便性上，轉軸上要安裝發(fā)條盤、防反轉齒輪、用于安裝定時器凸輪的筒軸等多個部件，閥桿上要連接閥芯，并設置90度開關限位結構，如轉軸與閥桿為同一根軸，要實現(xiàn)多個部件的在同一根軸上的裝配，其整個軸的結構將非常復雜。轉軸與閥桿分體設計，可以在設計轉軸結構時，不用考慮閥芯、閥體等與之裝配的關系，而發(fā)條盤、防反轉齒輪、定時器凸輪筒軸等部件，可以分別從兩端裝入轉軸，轉軸結構則相對簡單。各部件的安裝也相對方便。
【權利要求】
1.一種用于機械式定時閥門的閥門開關機構，其特征在于，包括一通過正轉與反轉打開或關閉閥門的轉軸、與轉軸單向聯(lián)動的鎖止輪、用于鎖定鎖止輪的鎖桿，所述轉軸上設置有用于驅動轉軸反轉的關閥發(fā)條，所述轉軸與鎖止輪通過棘輪機構連接，轉軸反轉時棘輪機構嚙合，所述鎖止輪圓周上設齒，所述鎖桿第一端設有卡齒，第二端抵靠在定時器凸輪的外緣上，定時器凸輪外緣由一段以放轉中心為圓心的圓弧輪廓和一段突變輪廓組成，當定時器凸輪的圓弧輪廓對應鎖桿第二端時，鎖桿第一端的卡齒嵌在鎖止輪的齒槽內(nèi)，當定時器凸輪的突變輪廓對應鎖桿第二端時，鎖桿第二端隨突變輪廓運動，鎖桿第一端的卡齒從鎖止輪的齒槽內(nèi)脫出。
2.根據(jù)權利要求1所述的閥門開關結構，其特征在于，所述鎖止輪裝配在轉軸上，鎖止輪與轉軸分別與棘輪機構的棘爪或棘輪連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的閥門開關機構，其特征在于，鎖止輪與轉軸通過齒輪傳動機構連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的閥門開關機構，其特征在于，轉軸與鎖止輪之間設有大、小兩個相互嚙合的過橋齒輪，其中過橋大齒輪通過棘輪機構裝配在轉軸上，過橋小齒輪與鎖止輪同軸且周向相對固定設置。
5.根據(jù)權利要求4所述的閥門開關機構，其特征在于，棘輪機構為外嚙合式棘輪機構，棘輪與轉軸固定，過橋大齒輪可轉動地套裝在轉軸上，棘爪鉸接或一端固定在大齒輪上。
6.根據(jù)權利要求4所述的閥門開關機構，其特征在于，棘輪機構為內(nèi)嚙合式棘輪機構，過橋大齒輪與棘輪同軸心相對固定設置，棘爪周向相對固定地設置在轉軸上。
7.根據(jù)權利要求1所述的閥門開關機構，其特征在于，所述鎖桿為移動設置的直桿結構，卡齒設在第一端端面，鎖止輪的齒面與卡齒的齒面相互作用，對鎖桿產(chǎn)生一個指向第二端的作用力；定時器凸輪為圓周上帶有凹口的圓盤結構；當凹口轉動至對應鎖桿第二端時，在鎖止輪齒面與卡齒齒面相互作用下，鎖桿第二端移動進入凹口，第一端卡齒從鎖止輪的齒槽內(nèi)脫出。
8.根據(jù)權利要求1所述的閥門開關機構，其特征在于，所述鎖桿擺動設置，卡齒設置第一端的正向側，鎖桿第二端抵靠在定時器凸輪外緣上，定時器凸輪為圓周上帶有凹口的圓盤結構，定時器凸輪位于鎖桿第二端的反向側，當定時器凸輪的凹口對應鎖桿第二端時，鎖桿第二端向定時器凸輪中心擺動，鎖桿第一端的卡齒從鎖止輪的齒槽內(nèi)脫出。
9.根據(jù)權利要求1所述的閥門開關機構，其特征在于，定時器凸輪和轉軸同軸心設置。
10.根據(jù)權利要求9所述的閥門開關機構，其特征在于，定時器凸輪安裝軸中心帶通孔，轉軸由通孔穿過，轉軸側面與通孔滑動配合。
【文檔編號】F16K31/48GK103742703SQ201310472066
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權日:2013年10月11日
【發(fā)明者】阮迪榮, 阮澤凱 申請人:阮迪榮, 阮澤凱