CN103511717A - 利用了一个行星齿轮机构的弹簧复位式阀门执行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用一组行星齿轮机构的弹簧复位式阀门执行器，其包括：电机的回转轴；与回转轴相连的由一次蜗杆和一次蜗轮组成的一次蜗轮蜗杆组；与一次蜗轮轴同轴的二次蜗杆和与之对应的二次蜗轮组成的二次蜗轮蜗杆组；与二次蜗轮同轴的太阳轮，以及由太阳轮、行星齿轮、齿圈组成的行星齿轮机构；与行星齿轮机构联动的、下面带有输出轴的行星齿轮机构支架；与输出轴相连的、装有限位装置和发条弹簧的发条弹簧轴；包括与齿圈的外齿相啮合的制动齿轮在内的、具有制动功能的制动单元；在切换手柄的作用下，可以与做回转动作的偏心轮联动的、与齿圈的外齿相啮合和分离的可位移蜗杆；在可位移蜗杆的另一端，通过柱销联结的可提供回转动力的手轮机构。

Description

利用了一个行星齿轮机构的弹簧复位式阀门执行器

技术领域

本发明涉及利用一个行星齿轮机构，用来实现阀门开、关的弹簧复位式阀门执行器。它通过电机提供动力，经过两级蜗轮蜗杆组，将动力传递到行星齿轮机构，并通过行星齿轮机构支架和输出轴，将动力传递到发条弹簧轴，最终通过发条弹簧轴将动力传递到阀门上，实现阀门的打开或关闭动作。它还设有一个制动单元，通过控制行星齿轮机构齿圈的回转，实现对发条弹簧的控制。在非常状态下电源被切断时，制动单元与行星齿轮机构的齿圈分离，从而使发条弹簧的预紧力释放出来，并通过发条弹簧轴，按事先设定的方向，实现阀门的打开或关闭动作。同时还可以通过切换手柄、可位移蜗杆和手轮机构实现手动操作。

背景技术

弹簧复位式阀门执行器被设计成因火灾等原因而使电源被切断时，可以自动打开换气窗口，从而防止发生烟气窒息致死等事故。非常状态下可以动作的阀门执行器通常分为以压缩空气为动力源的气动阀门执行器（pneumatic actuator）和以电力为动力源的电机驱动式电动阀门执行器（electric actuator）。气动阀门执行器在非常状态下的动力来源于弹簧（螺旋圆柱压缩弹簧），而而电动阀门执行器在非常状态下的动力来源除了弹簧（发条弹簧）外，还有充电式蓄电池。但是，一般情况下，比起充电式蓄电池，现场更喜欢采用弹簧方式。气动阀门执行器在现场安装使用时，现场必须要有压缩气源（air pressure），因此，在现场安装使用方便的以电力为动力源的电机驱动式电动阀门执行器的普遍采用已成大势所趋，非常状态下则采用弹簧（发条弹簧）复位的方式。

但是，由于电机驱动弹簧复位式阀门执行器的发条弹簧是于阀门直联的，电源被切断时，弹簧制动单元的制动功能被解除，弹簧依靠预紧力直接将阀门打开或关闭。这就要求弹簧具有较大的弹性，同时，为了将具有较大弹性的原材料制作成发条弹簧，需要较高的技术，这些都将成为成本上涨的原因。

为了解决这个问题，韩国发明专利第10-0734394号已获注册。在该发明专利中，电机的动力通过一次蜗杆和一次蜗轮传递到与一次蜗轮处于同心轴的二次蜗杆，并通过与二次蜗杆相啮合的二次蜗轮和与二次蜗轮相联接的动力传动套实现阀门的打开或关闭动作。

它主要有下列组成部分：可以接受1次蜗杆通过1次蜗轮传递的动力、太阳轮安装在通电状态下起制动作用的制动单元轴上的1次行星齿轮机构；与1次行星齿轮机构的齿圈连成一体并一起旋转的、装有手轮机构蜗轮的、固定2次行星齿轮机构中2次太阳轮的2次太阳轮轴；将1次行星齿轮机构的动力传递到2次蜗轮，并在手动状态下，将手轮的动力通过手轮机构蜗轮、2次行星齿轮机构的2次齿圈及2次齿圈轴依次传递到2次蜗杆的2次行星齿轮机构；与通过驱动2次蜗轮实现阀门关闭和打开的2次蜗杆的延伸部分连接在一起的发条弹簧机构。

该专利（韩国发明专利第10-0734394号）是一种试图在非常状态下电源被切断时，通过间接获得发条弹簧的预紧力实现对阀门的打开或关闭动作的弹簧复位式阀门执行器。在制动单元的制动轴上键联着外圆加工成齿状的制动轮，在制动轮垂直方向的机体上有一个可以沿制动轮的轴心垂直方向前后移动的、对制动轮和制动轴起制动作用的制动销（该制动销在手动模式下，对系统起到制动作用）。

但是，在这一专利中，由于同时有两个行星齿轮机构沿轴向一字排开，使得整个阀门执行器的长度变长，体积增大，且零部件数量也大量增加，这些也都成为制造成本提高的主要原因。

发明内容

【技术问题】

本发明参照上述存在的实际问题，确定了提供一种具有下列特性的利用了一个行星齿轮机构的弹簧复位式阀门执行器：

第一个特性是只采用一次、二次蜗轮蜗杆组和一个行星齿轮机构，在电机驱动状态和非电机驱动状态都可以分别使用；在非电机驱动状态下，可以通过发条弹簧的预紧力自动实现阀门的打开或关闭；必要时，在停电状态下也可以通过一个包括可位移蜗杆在内的动作模式切换装置，利用手轮以手动方式实现阀门的打开或关闭；最初停电状态下，是通过发条弹簧的预紧力自动实现阀门的打开或关闭，但是，在必要的时候也可以以手动的方式实现阀门的打开或关闭，为此，只利用了一个行星齿轮机构。

第二个特性是在采用了一个行星齿轮机构的同时，二次蜗轮和太阳轮的轮轴的轴心加工成通孔，并在通孔内安装一个随同轮轴一起旋转的延伸杆，在该延伸杆的端部安装一个旋转刻度盘，并可以通过壳体上的一个透明观察窗观察到旋转刻度盘的旋转位置；由于二次蜗轮和太阳轮的轮轴通过发条弹簧轴直接带动动力输出轴并带动阀门转动，所以，通过该旋转刻度盘很方便地设定和观察阀门的实际位置。

第三个特性是在与动力输出轴联动的发条弹簧轴上水平安装一个可以限定回转角度的限位装置，并在机体的对应位置设置了机械限位螺栓，以保证执行器只能在限定的范围内作回转运动，防止出现误动作。同时，由于限位装置是水平设置，避免了执行器长度的增加，保证执行器维持较小的体积。

【技术方案】

为了实现上述目标，本发明主要采用了如下构成：

与电机轴直接连接的1次蜗杆，以及与之对应的1次蜗轮组成的1次蜗轮蜗杆机构；

1次蜗轮轴的延长部分形成的2次蜗杆，以及与之对应的2次蜗轮组成的2次蜗轮蜗杆机构；

与2次蜗轮轴同轴的、由太阳轮、行星齿轮和齿圈组成的行星齿轮机构；

与行星齿轮联动的、下端联有输出轴的行星齿轮机构支架；

与输出轴相连的、上下装有限位装置和发条弹簧发条弹簧轴；

包括与齿圈的外齿相啮合的制动齿轮在内的、具有制动功能的制动单元；

在切换手柄的作用下，可以与做回转动作的偏心轮联动的、与齿圈的外齿相啮合和分离的可位移蜗杆；

在可位移蜗杆的另一端，通过柱销联结的可提供回转动力的手轮机构。

上述可位移蜗杆与偏心轮通过一个从动节连接；

偏心轮的偏心轴在从动节的长孔导向下动作，实现可位移蜗杆与齿圈外齿的啮合或分离；

上述太阳轮和2次蜗轮轴的轴心加工成通孔；

输出轴的轴心安装有通过太阳轮和2次蜗轮轴轴心通孔、上端接近机体的、与输出轴同时作回转运动的延伸杆；

延伸杆的上端安装有回转标识的刻度盘；

与刻度盘对应位置的机体上设有透明的观察窗。

【技术效果】

如上所述，本发明只采用一次、二次蜗轮蜗杆组和一个行星齿轮机构，在电机驱动状态和非电机驱动状态都可以分别使用；在非电机驱动状态下，可以通过发条弹簧的预紧力自动实现阀门的打开或关闭；必要时，在停电状态下也可以通过一个包括可位移蜗杆在内的动作模式切换装置，利用手轮以手动方式实现阀门的打开或关闭；最初停电状态下，是通过发条弹簧的预紧力自动实现阀门的打开或关闭，但是，在必要的时候也可以以手动的方式实现阀门的打开或关闭，为此，只利用了一个行星齿轮机构。

本发明在采用了一个行星齿轮机构的同时，二次蜗轮和太阳轮的轮轴的轴心加工成通孔，并在通孔内安装一个随同轮轴一起旋转的延伸杆，在该延伸杆的端部安装一个旋转刻度盘，并可以通过壳体上的一个透明观察窗观察到旋转刻度盘的旋转位置；由于二次蜗轮和太阳轮的轮轴通过发条弹簧轴直接带动动力输出轴并带动阀门转动，所以，通过该旋转刻度盘很方便地设定和观察阀门的实际位置。

本发明在与动力输出轴联动的发条弹簧轴上水平安装一个可以限定回转角度的限位装置，并在机体的对应位置设置了机械限位螺栓，以保证执行器只能在限定的范围内作回转运动，防止出现误动作。同时，由于限位装置是水平设置，避免了执行器长度的增加，保证执行器维持较小的体积。

附图说明

图1是本发明主要结构的正面示意图；

图2是图1的后视图；

图3是本发明局部分解示意图；

图4是本发明组装状态的垂直断面图；

图5是切断了手轮动力状态下的局部示意图；

图6是图5的水平断面图；

图7是手轮动力传动状态下的局部示意图；

图8是图7的水平断面图。

图中主要部分的符号说明：

1：机体；1-1：从动节限制槽；2：透明观察窗；5，6：机械限位螺栓；10：1次蜗轮蜗杆组；11：1次蜗杆；12：回转轴；13：1次蜗轮；14：1次蜗轮轴；15：电机；20：2次蜗轮蜗杆组；21：2次蜗杆；23：2次蜗轮；30：行星齿轮机构；31：太阳轮；33：行星齿轮；35：齿圈；37：通孔；38：延伸杆；39：旋转刻度盘；40：行星齿轮机构支架；40’：行星齿轮机构支架上盖；41：输出轴；43：凹槽；50：发条弹簧轴；52：限位装置；53：凸键；55：发条弹簧；60：制动单元；62：制动齿轮；63：驱动齿轮；64：从动齿轮；65：电磁制动器；70：可位移蜗杆；71：切换手柄；73：偏心轮；73-1：偏心轴；74：从动节；74-1：导向长孔；75：柱销；77：手轮

具体实施方式

以下就本发明参照示意图予以详细说明。

图1是本发明主要结构的正面示意图；图2是图1的后视图；图3是本发明局部分解示意图；图4是本发明组装状态的垂直断面图；图5是切断了手轮动力状态下的局部示意图；图6是图5的水平断面图；图7是手轮动力传动状态下的局部示意图；图8是图7的水平断面图。

与电机（15）的回转轴（12）连接的1次蜗杆（11）和对应的1次蜗轮（13）组成1次蜗轮蜗杆组（10）；

1次蜗轮轴(14)的延伸部分形成的2次蜗杆（21）和对应的2次蜗轮（23）组成2次蜗轮蜗杆组（20）；

与2次蜗轮（23）同轴的太阳轮（31）和行星齿轮（33）、齿圈（35）组成行星齿轮机构（30）；

保持行星齿轮机构联动的、下端带有输出轴(41)的行星齿轮机构支架（40）；

与输出轴（41）相连的、外圆上下依次安装有限位装置（52）和发条弹簧（55）的发条弹簧轴（50）；

包括与齿圈（35）的外齿相啮合的制动齿轮（62）在内的、具有制动功能的制动单元（60）；

在切换手柄（71）的作用下，可以与做回转动作的偏心轮（73）联动的、与齿圈（35）的外齿相啮合和分离的可位移蜗杆（70）；

在可位移蜗杆（70）的另一端，通过柱销（75）联结的可提供回转动力的手轮机构（77）；

可位移蜗杆（70）与偏心轮（73）通过一个从动节（74）连接；

偏心轮（73）的偏心轴（73-1）在从动节（74）的长孔（74-1）导向下动作，实现可位移蜗杆（70）与齿圈（35）外齿的啮合或分离；

从动节（74）在机体（1）的安装处，为了限制从动节（74）的可移动范围，设计有从动节限制槽（1-1）；

限位装置（52）与发条弹簧轴（50）的轴端应成90°安装；

与限位装置（52）的断面接触、起限位作用的机械限位螺栓（5，6）设置在机体（1）与限位装置（52）处于同一水平面的位置；

太阳轮（31）和2次蜗轮（23）的轮轴中心加工成通孔（37）；

输出轴（41）的轴心处安装一个通过通孔（37）、上端延伸到接近机体（1）的、与输出轴做同步旋转运动的延伸杆（38）；

延伸杆（38）的上端安装了一个显示旋转角度的旋转刻度盘（39）；

机体（1）对应于旋转刻度盘（39）的位置设有透明观察窗（2）；

输出轴（41）和发条弹簧轴（50）通过凸凹键（53，43）方式垂直联结；

（40’）是行星齿轮机构支架（40）的上盖，它与行星齿轮机构支架（40）通过螺栓连接，既不影响行星齿轮的运转，同时形成了完整的行星齿轮机构支架组；

行星齿轮机构支架（40）和行星齿轮机构支架上盖（40’）构成的完整的行星齿轮机构支架组，既保证了行星齿轮（33）围绕旋转轴的公转，同时保证了三个行星齿轮（33）的同步自转。

下面就如上构成，简要说明动作原理：

当以电机驱动力带动发条弹簧关闭阀门的时候，如图3所示，电机（15）带动1次蜗杆（11）和1次蜗轮（13）组成的1次蜗轮蜗杆组动作，然后，通过1次蜗轮轴（14）上的2次蜗杆（20）和2次蜗轮（23）组成的2次蜗轮蜗杆组（20）使2次蜗轮（23）沿顺时针方向旋转；齿圈（35）在制动单元（60）中的制动齿轮（62）的作用下保持静止状态，如图2所示；因此，行星齿轮(33)的支架（40）以及与之螺栓连接的支架上盖（40’）一起沿顺时针方向转动；与行星齿轮支架（40）成一体的输出轴（41）的凹槽（43）和发条弹簧轴（50）的凸键（53）相咬合，上紧发条弹簧（55），同时，发条弹簧轴（50）将图中未予显示的阀门关闭。当然，当电机（15）回转方向与上述相反时，整个执行器的回转方向也与上述相反，则阀门将会被打开。

当阀门在关闭位置发生非常状态而是电源被切断时，电机（15）停止驱动，同时，以电磁场为动力的、通过制动齿轮（62）对齿圈（35）起制动作用的制动单元（60）的制动功能被解除，在上紧预紧力的发条弹簧（55）的作用下，阀门被打开。此时，齿圈（35）和行星齿轮（33）随着阀门打开的方向一同作回转运动，而与2次蜗轮（23）同轴的太阳轮（31）由于蜗轮蜗杆的自锁特性的作用下，无法一同旋转。

在停电状态下，以手动方式关闭或打开阀门。此时，由于是停电状态，制动单元（60）的制动功能被解除，电机（15）和太阳轮（31）的动作也都停止，发条弹簧（55）的预紧力已经释放，阀门处于打开位置。在这一状态下，为了进行手动操作，需将切换手柄（71）从图5所示位置切换到图7所示位置，与切换手柄（71）连成一体的偏心轮（73）作偏心回转运动，图8所示中的偏心轴（73-1）通过导向长孔（74-1）将从动节（74）从图5所示位置推到图8所示位置，实现可位移蜗杆（70）与齿圈（35）的啮合。此时，沿阀门关闭方向转动手轮（77），齿圈（35）逆时针方向转动，行星齿轮机构支架（40）顺时针方向转动，在上紧发条弹簧（55）的同时，将阀门关闭。同样原理，将手轮（77）反方向转动，就可以将阀门打开。

在本发明中，与发条弹簧轴（50）联动的输出轴（41）上安装有通过通孔（37）的延伸杆（38），延伸杆（38）的上端装有具有开、关旋转刻度标识的旋转刻度盘（39），通过透明观察窗（2），使用者可以很方便地观察到阀门的位置状态。

在本发明中，制动单元（60）通过一种电磁制动器制约齿圈（35）的回转方式实现制动功能。这种构成可以有很多的具体方案，在此，仅以制动单元（60）的方式予以表达；而制动过程仅以制动齿轮（62）来表示。（65）是一种电磁制动器，与电磁制动器联动的驱动齿轮（63）、从动齿轮（64）以及制动齿轮（62）依次相啮合，最终实现对齿圈（35）的制动机能。

Claims (7)

1.一种只利用一个行星齿轮机构的弹簧复位式阀门执行器，其特征在于：

与电机（15）的回转轴（12）连接的1次蜗杆（11）和对应的1次蜗轮（13）组成1次蜗轮蜗杆组（10）；

1次蜗轮轴(14)的延伸部分形成的2次蜗杆（21）和对应的2次蜗轮（23）组成2次蜗轮蜗杆组（20）；

与2次蜗轮（23）同轴的太阳轮（31）和行星齿轮（33）、齿圈（35）组成行星齿轮机构（30）；

保持行星齿轮机构联动的、下端带有输出轴(41)的行星齿轮机构支架

（40）；

与输出轴（41）相连的、外圆上下依次安装有限位装置（52）和发条弹簧（55）的发条弹簧轴（50）；

包括与齿圈（35）的外齿相啮合的驱动齿轮（62）在内的、具有制动功能的制动单元（60）；

在切换手柄（71）的作用下，可以与做回转动作的偏心轮（73）联动的、与齿圈（35）的外齿相啮合和分离的可位移蜗杆（70）；

在可位移蜗杆（70）的另一端，通过柱销（75）联结的可提供回转动力的手轮机构（77）。

2.如权利请求1所述的只利用一个行星齿轮机构的弹簧复位式阀门执行器，其特征在于：

可位移蜗杆（70）与偏心轮（73）通过一个从动节（74）连接；

偏心轮（73）的偏心轴（73-1）在从动节（74）的长孔（74-1）导向下动作，实现可位移蜗杆（70）与齿圈（35）外齿的啮合或分离。

3.如权利请求2所述的只利用一个行星齿轮机构的弹簧复位式阀门执行器，其特征在于：

从动节（74）在机体（1）的安装处，为了限制从动节（74）的可移动范围，设计有从动节限制槽（1-1）。

4.如权利请求1所述的只利用一个行星齿轮机构的弹簧复位式阀门执行器，其特征在于：

限位装置（52）与发条弹簧轴（50）的轴端应成90°安装；

与限位装置（52）的断面接触、起限位作用的机械限位螺栓（5，6）设置在机体（1）与限位装置（52）处于同一水平面的位置。

5.如权利请求1所述的只利用一个行星齿轮机构的弹簧复位式阀门执行器，其特征在于：

太阳轮（31）和2次蜗轮（23）的轮轴中心加工成通孔（37）；

输出轴（41）的轴心处安装一个通过通孔（37）、上端延伸到接近机体（1）的、与输出轴做同步旋转运动的延伸杆（38）。

6.如权利请求5所述的只利用一个行星齿轮机构的弹簧复位式阀门执行器，其特征在于：

延伸杆（38）的上端安装了一个显示旋转角度的旋转刻度盘（39）；

机体（1）对应于旋转刻度盘（39）的位置设有透明观察窗（2）。

7.如权利请求5所述的只利用一个行星齿轮机构的弹簧复位式阀门执行器，其特征在于：

输出轴（41）和发条弹簧轴（50）通过凸凹键（53，43）方式垂直联结。

Images