CN103742703A - 一种用于机械式定时阀门的阀门开关机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于阀门技术领域，公开了一种用于机械式定时阀门的阀门开关机构，其特征在于，包括转轴、与转轴单向联动的锁止轮、用于锁定锁止轮的锁杆，所述转轴上设置有关阀发条，所述转轴与锁止轮通过棘轮机构连接，所述锁止轮圆周上设齿，所述锁杆第一端设有卡齿，第二端抵靠在定时器凸轮的外缘上，定时器凸轮外缘由一段以放转中心为圆心的圆弧轮廓和一段突变轮廓组成，当定时器凸轮的圆弧轮廓对应锁杆第二端时，锁杆第一端的卡齿嵌在锁止轮的齿槽内，当定时器凸轮的突变轮廓对应锁杆第二端时，锁杆第二端随突变轮廓运动，锁杆第一端的卡齿从锁止轮的齿槽内脱出。本发明结构紧凑合理，可靠性高，且有利于缩减产品尺寸及产品成本。

Description

一种用于机械式定时阀门的阀门开关机构

技术领域

本发明属于阀门技术领域，涉及如何实现阀门定时关闭的技术，主要应用于燃气管道的阀门。 

背景技术

气体燃料在家庭应用上的普及，为人们的生活带来极大便利，但是一些问题也逐步显现出来。最为人们所重视的问题即安全问题，多年，人们把防范的重点放在燃料泄漏上，然而关注多年来所发生的事故反现，大多因阀门忘记关闭导致。针对这一问题，近年已有具有定时功能的阀门出现，但多采用电子式定时器，但因价格偏等原因，并未在家用上普及。而且其最大缺点是，当电池失效时，定时功能随之失效。对于容易忘记关闭阀门的用户来说，要求其按时更换电池，显然不容易做到。如不及时更换电池，定时阀门岂不形同虚设。 

此外，电子式定时器中电子元件可靠性低，容易损坏失效或受到干扰出错，而且电子元件怕水。因此电子式定时阀门可靠性很低。 

机械式定时器，主要由定时机构和擒纵调速机构两部分组成，定时机构由发条（下称计时发条）作为原动力驱动主轴回转，由凸轮作为触发机构触发执行机构在定时结束时动作，凸轮一般单独装配在凸轮轴上，凸轮轴与主轴通过齿轮传动，对于主轴定时范围不超过一周的定时器来说，凸轮也可以直接装配在主轴上。 

定时手柄一般装配在主轴上，也有部分定时器另设一个定时轴，定时轴上装配定时手柄，定时轴与主轴通过齿轮传动。 

擒纵调速机构与钟表的结构原理相同（参见天津大学精仪系计时教研室编著的《机械计时仪器》,天津科学技术出版社，天津，1980。陈昌山编著的《手表结构原理》，上海科学技术出版社，上海，1980），由摆轮游丝机构产生固定频率的摆动，通过擒纵叉将摆动传递至擒纵轮，由擒纵叉端部的两个叉瓦或圆柱销钉交替作用控制擒纵轮的转速(摆轮每摆动一次，擒纵轮转动一个齿的角度)，擒纵轮的转动由调整机构的终端调速轮通过齿轮组带动。终端调速轮与主轴通过棘轮机构（内啮合式棘轮机构）配合，主轴回转时两者联动（棘爪与棘齿啮合），擒纵叉对擒纵轮的控制最终体现在对主轴回转转速的控制上。通过手柄向发条蓄力方向旋转主轴，主轴带动凸轮转离触发相位。放开手柄，定时开始。发条驱动主轴在擒纵调速机构限制作用下缓慢回转，直到凸轮回归到触发相位，定时结束，执行机构由凸轮触发动作。 

定时器凸轮常见的有两种，一种是圆周带凸起部的常见盘式凸轮，一种是圆周上带凹口的圆盘结构。第一种是通过凸起推动执行机构完成动作，凸轮直接做为执行动作的动力源，通常用于执行机构需要的推动力较小，且执行机构动作简单的场合，如触发接触式开关。第二种是通过凹口解除对执行机构的限制，由执行机构自行完成动作，一般用于执行机构完成执行所需的动力较大或者执行动作较复杂的场合，如闹钟的定时机构的凸轮即为圆周上带凹口的圆盘结构，凹口的作用在于解除对闹钟撞锤的摆动限制。 

若将机械式定时器应用于阀门上制作成机械式定时阀门，一个核心问题在于如何实现通过定时器打开或关闭阀门。目前市面上已有的用于燃气管道上的采用机械式定时器的阀门，在阀门开关动作机构上，均由定时器凸轮提供关闭阀门的动力，这种设计主要存在两方面缺点，一方面，由于开关阀门所需要的力较大，尤其是球阀。为了定时器凸轮能提供足够大的力关闭阀门，需要为定时器配置扭力很大的发条，但发条很大的扭力仅在定时结束的短暂一刻被应用，在与关闭阀门时间相比时长几千倍的（以关闭阀门用时0.5秒，定时60分钟计算，计时过程为关闭阀门的7200倍）计时过程中，发条的大扭力毫无用处。更关键的是，发条的大扭力对擒纵调速机构的齿轮组带来了更大负担，容易导致损坏。此外，在关闭阀口的过程中，定时器凸轮与主轴之间的齿轮传动机构也需承担更大的压力，不仅对其强度要求增加，也容易损坏。另一方面，定时器凸轮的轮廓突变距离有限，一般难以满足关闭阀门所需的动作距离，还需要采用杠杆等传动机构传递放大，但杠杆的使用将大大增加产品的尺寸。 

发明内容

本发明目的在于，基于上述现有技术，提出一种结构紧凑可靠性更高耐用性好的用于机械式定时阀门的阀门开关机构。 

采用的技术方案是：一种用于机械式定时阀门的阀门开关机构，包括一通过正转与反转打开或关闭阀门的转轴、与转轴单向联动的锁止轮、用于锁定锁止轮的锁杆，所述转轴上设置有用于驱动转轴反转的关阀发条，关阀发条的卸力方向为转轴关闭阀门的旋转方向（转轴打开阀门时则对发条蓄力），所述转轴与锁止轮通过棘轮机构连接，转轴反转时棘轮机构啮合，所述锁止轮圆周上设齿，所述锁杆第一端设有卡齿，第二端抵靠在定时器凸轮的外缘上，定时器凸轮外缘由一段以放转中心为圆心的圆弧轮廓和一段突变轮廓组成，当定时器凸轮的圆弧轮廓对应锁杆第二端时，锁杆第一端的卡齿嵌在锁止轮的齿槽内，当定时器凸轮的突变轮廓对应锁杆第二端时，锁杆第二端随突变轮廓运动，锁杆第一端的卡齿从锁止轮的齿槽内脱出。 

本发明通过另设专用于关闭发条机构作为到时自动关闭阀门的动力源，阀门关闭动作的动力来源不依赖于定时器凸轮，在本发明中，定时器凸轮只是一个触发或限制部件，需要很小转动力即可，因此定时器可以选用扭力较小的发条，对定时器擒纵调速机构的齿轮组和定时机构的传动齿轮都很友好。非常有利于降低定时器部分成本。而且，与现有机械式定时阀门相比，定时阀门整体结构也更加紧凑，非常有利于缩减产品尺寸。本发明通过棘轮机构配合卡齿式锁止机构限制转轴反转，达到维持阀门打开状态的目的，有四两拨千斤之效，而且活动机件的移动距离仅限于卡齿的齿高，结构非常紧凑。 

在本发明上述方案中，所述锁止轮与转轴间的连接结构可以有各种形式。所述锁止轮可以直接通过棘轮机构装配在转轴上，锁止轮与转轴分别与棘轮机构的棘爪或棘轮连接。也可以将锁止轮装配在其它轴上，锁止轮与转轴通过齿轮机构传动。棘轮机构可以设置在转轴上，也可以设置在锁止轮的安装轴上。下面例举几种具体的连接结构： 

所述锁止轮可以直接与棘轮机构的棘轮同轴固定在一起，或者与棘轮机构的棘轮通过一对过桥齿轮连接。棘轮机构的棘爪设置在所述转轴上，棘轮机构的棘轮齿面倾斜方向与转轴正转方向相同。

或者，所述锁止轮与棘轮机构的棘轮同轴固定在一起，但棘轮机构的棘爪不设置在所述转轴上，而是设置在一过桥轴上，过桥轴通过一对齿轮与转轴连接。 

再或者，棘轮机构的棘爪铰接在所述锁止轮上，锁止轮与棘轮机构的棘轮同轴心设置；棘轮机构的棘轮与所述转轴固定，或者与转轴通过齿轮机构连接。 

再或者，棘轮机构的棘爪铰接在与转轴同轴心的齿轮上，该齿轮可转动地套装在转轴上，棘轮机构的棘轮与转轴同轴固定装配。锁止轮为齿轮直接与设置棘爪的齿轮啮合，或者锁止轮与另一齿轮同轴固定设置在一起，另一齿轮与设置棘爪的齿轮啮合。 

考虑到用于关闭阀门的发条的扭力比较大，如转轴直接将扭矩传递给锁止轮，卡齿作用在锁止轮齿牙上受力较大，容易损坏，因此，本发明提出一种优选结构：转轴与锁止轮之间设有大、小两个相互啮合的过桥齿轮，其中过桥大齿轮通过棘轮机构装配在转轴上，过桥小齿轮与锁止轮同轴且周向相对固定设置。 

更具体地，棘轮机构为外啮合式棘轮机构，棘轮与转轴固定，过桥大齿轮可转动地套装在转轴上，棘爪铰接或一端固定在大齿轮上；或者，棘轮机构为内啮合式棘轮机构，过桥大齿轮与棘轮同轴心相对固定设置，棘爪周向固定地设置在转轴上；针对第二种结构，大齿轮与棘轮可以合二为一，即大齿轮为环形结构，外缘为齿轮结构，内圆为棘轮结构。 

本发明中，所述锁杆相同或不同定时器凸轮结构，可以有几种不同设置结构，大体可以为移动设置和摆动设置两种。 

例如，锁杆移动设置，锁杆优选直杆结构，卡齿设在第一端端面，卡齿嵌入锁止轮的齿槽内，限制锁止轮转动，进一步地，转轴反转亦被限制。锁止轮的齿面与卡齿的齿面相互作用，对锁杆产生一个指向第二端的作用力。定时器凸轮为圆周上带有凹口的圆盘结构。当凹口转动至对应锁杆第二端时，在锁止轮齿面与卡齿齿面相互作用下，锁杆第二端移动进入凹口，第一端卡齿从锁止轮的齿槽内脱出，锁杆对锁止轮的转动限制失效，转轴反转限制被解除。 

再如，锁杆摆动设置，锁杆可以是直杆或弯曲结构，卡齿设在第一端侧面，卡齿嵌入锁止轮的齿槽内，限制锁止轮转动，进一步地，转轴反转亦被限制。锁止轮的齿面与卡齿的齿面相互作用，对锁杆产生一个与卡齿方向相反的扭矩。锁杆第二端设有销结构或凸缘等向侧面凸出的结构，销或凸缘侧面抵靠在定时器凸轮外缘上，定时器凸轮为圆周上带有凹口的圆盘结构。当定时器凸轮转动至其凹口对正销或凸缘时，锁杆第二端向定时器凸轮圆心方向摆动，第一端卡齿从锁止轮的齿槽内脱出。对锁止轮的限制撤销，转轴在发条作用下反转，关闭阀门。 

考虑到移动设置锁杆需限制锁止轮、锁杆、定时器凸轮三者在一条线上，对三者位置方系构成了限制，不利于定时器结构设计，因此本发明相对优选锁杆摆动设置，一种具体方案为：所述锁杆摆动设置。卡齿设置第一端的正向（顺时针方向或逆时针方向）侧，锁杆第二端抵靠在定时器凸轮外缘上，定时器凸轮为圆周上带有凹口的圆盘结构，定时器凸轮位于锁杆第二端的反向（与卡齿相对于第一端的方向相反，逆时针方向或顺时针方向）侧，当定时器凸轮的凹口对应锁杆第二端时，锁杆第二端向定时器凸轮中心摆动，锁杆第一端的卡齿从锁止轮的齿槽内脱出。 

定时器凸轮也可以选择圆周上带凸起的常规盘式凸轮，采用此种凸轮结构，凸起为推锁杆第一端卡齿脱出锁止轮齿槽的构造，凸轮作用在于向远离圆心的方向推动锁杆，因此，锁止轮圆弧轮廓对锁杆不起实质性作用。需为锁杆设置维持其第一端卡齿嵌在锁止轮齿槽内的状态的机构，如设推动锁杆第一端靠向锁止轮的弹簧机构。与带凹口的圆盘结构相比，锁止机构的结构相对复杂。 

作为一种改进，为了使开关结构整体上更紧凑，可以将定时器凸轮和转轴可以同轴心设置，例如，定时器凸轮安装轴中心带通孔，转轴由通孔穿过，转轴侧面与通孔滑动配合。此外，也可以不设置定时器凸轮安装轴，而是将定时器凸轮可转动地套装在转轴上，用于定时器凸轮与定时器主轴传动的齿轮同样可转动地套装在转轴上，通过销钉结构使其与定时器凸轮固定，或至少在转动方向上相对固定。采用中空结构的定时器凸轮安装轴安装定时器凸轮时，为了保证定时器凸轮与同步齿轮的可靠同步，以确保定时的准确性，也可以采用销钉结构将两者固定。 

本发明所述方案可以适用于阀杆转动式阀门，如球阀，截止阀等，也可以适用于阀杆移动式的阀门，如隔膜阀。 

当用于球阀时，所述转轴可以是阀杆本身，也可以与阀杆同轴同步联动装配，还可以与阀杆通过齿轮传动机构连接。 

在本发明中，关阀发条的作用则是为了关阀阀门。因此，当转轴不是球阀的阀杆本身时，作为本发明的一种等效替代方式，所述关阀发条可以装配在阀杆上。 

当用于阀芯移动式阀门时，所述转轴与阀杆（或用于推拉隔膜的连杆）可以通过连杆机构（如曲柄滑块机构）、凸轮机构、齿轮齿条传动机构联接。 

在本发明中，手动扭转手柄，使主轴向发条蓄力方向旋转以设定定时时长的过程，称为定时，放开手柄后，发条开始释放势能，驱动各部件动作的过程，称为计时。说明书提及的正转，是指各部件在定时过程中的转动方向，包括打开阀门的转动方向；反转，是指各部件在计时过程中的转动方向，包括关闭阀门的转动方向。回转，是指部件与上次转动方向相反的转动。 

附图说明

图1为基于本发明所述方案的一种机构式定时球阀的结构示意图。 

图2为图1中A-A向截面图。 

图3为起始状态下，扇形齿轮与定时器主轴间的连接关系示意图。 

图4为定时过程中，打开阀门前一刻，扇形齿轮与定时器主轴间的连接关系示意图。 

图5为定时过程中，阀门打开后，扇形齿轮与定时器主轴间的连接关系示意图。 

图6为计时过程中，扇形齿轮反转脱位后，扇形齿轮与定时器主轴间的连接关系示意图。 

图7为计时结束后，阀门关闭后，扇形齿轮与定时器主轴间的连接关系示意图。 

图8为起始状态下，定时器凸轮与定时器主轴间的连接关系示意图。 

图9为定时过程中，定时器凸轮与定时器主轴间的连接关系示意图。 

图10为定时过程中，定时器凸轮与定时器主轴间的连接关系示意图。 

图11为计时过程中，定时器凸轮与定时器主轴间的连接关系示意图。 

图12为计时结束后，定时器凸轮与定时器主轴间的连接关系示意图。 

图13为起始状态下，定时器凸轮与锁止轮、锁杆间的传动关系示意图。 

图14为定时过程中，定时器凸轮与锁止轮、锁杆间的传动关系示意图。 

图15为定时过程中，定时器凸轮与锁止轮、锁杆间的传动关系示意图。 

图16为计时过程中，定时器凸轮与锁止轮、锁杆间的传动关系示意图。 

图17为计时结束后，定时器凸轮与锁止轮、锁杆间的传动关系示意图，该图为锁杆向内摆动状态。 

图18为计时结束后，定时器凸轮与锁止轮、锁杆间的传动关系示意图，该图为锁杆向外摆动状态。 

图19为反转限制机构的锁止轮与转轴的连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，以一个采用本发明所述阀门开关机构的机械式定时球阀为例对本发明所述技术方案的技术原理及其效果做进一步说明。 

参照图1-19，该组图公开的是一种定时结束后可报警提示的机械式定时球阀，其中，图3-7为扇形齿轮与转轴在定时、计时过程中a-e五个状态下的传动关系，图8-12所示为定时器凸轮与定时器主轴在定时、计时过程中a-e五个状态下的传动关系，图13-18所示为定时器凸轮与锁止轮在定时、计时过程中a-e五个状态下的传动关系。 

图示机械式定时球阀包括机械式定时器和球阀两大部分，机构式定时器的擒纵调速机构（未示出）可以采用结构相对简单的常见销钉式擒纵机构调速，包括摆轮游丝机构、擒纵叉、擒纵轮、齿轮组、调速轮组成，摆轮上设有摆钉，擒纵叉摆动设置，叉头有与摆钉配合的叉槽，摆轮通过摆钉与叉槽的配合关系带动擒纵叉往复摆动，擒纵叉的叉尾设有两个圆柱销钉，擒纵轮为圆周均匀设置多个平齿的齿轮结构，擒纵叉在摆动时，两个圆柱销钉交替进出擒纵轮的齿槽，摆轮每摆动一次，擒纵轮可转动一个齿的角度。擒纵轮与终端调速轮之间通过齿轮组传动。 

所述终端调速轮5通过内啮合棘轮机构安装在定时器主轴1上，定时器的主轴1上安装有用于打开阀门的第一齿轮2、用于定时的第二齿轮3、主轴最上端设手柄，第一齿轮2与扇形齿轮26啮合。 

定时器凸轮20固定装配在一筒轴23上，筒轴上还装配一与第二齿轮3啮合的第三齿轮22。定时器凸轮20为圆盘结构，圆周上设有一凹口32。第三齿轮22上设有一销孔，定时器凸轮20上固定设有一伸入第三齿轮的销孔内的销钉21。销钉21与销孔配合，以确保定时器凸轮20与第三齿轮22同步转动。 

球阀部分包括阀体10、阀杆14、球形的阀芯13，阀体10与定时器部分的壳体固定在一起，组成整个阀门的壳体4，阀杆14装配在阀体10上的阀杆装配孔内，下端连接头11插在阀芯上端的槽形扁口12内。 

阀杆上设有一穿过阀杆轴心的横销15，阀杆装配孔上端对应阀杆上端横销15的部位设有两个中心对称的扇形槽16。横销15两端伸出阀杆14的部分分别位于两个扇形槽16内，横销端部在扇形槽内的自由转动角为90度。 

阀杆上端设一槽形扁口，与阀杆同轴设置的转轴27的下端连接头9插在阀杆上端的槽形扁口内，并与其相匹配。 

转轴27上装配有用于关闭阀门的发条盘8，发条盘外壳与壳体4固定，发条盘内部的发条内端固定在阀杆上，外端与发条盘外壳固定。 

在发条盘8上方设置有一通过内啮合棘轮机构6装配在转轴上的过桥大齿轮7。过桥大齿轮7为环形，内缘为棘轮34，外缘为齿轮，棘轮齿面倾斜方向与转轴打开阀门的转动方向相同。过桥大齿轮侧面设有一与之啮合的过桥小齿轮17，与过桥小齿轮17同轴安装有一个圆周上设均匀的齿的锁止轮18。摆动设置的锁杆19一端设有两个与锁止轮的齿配合的卡齿36，锁杆19可在两个卡齿36交错被冲击时摆动。锁杆另一端设有撞锤35，撞锤35一侧设有一撞铃（未示出），锁杆19上还设有一锁销31，所述锁销31侧面抵压在所述定时器凸轮20的圆周上，当定时器凸轮凹口32以外的圆周面对应锁杆上的锁销31时，锁杆19的摆动受到定时器凸轮20的外缘阻挡，不能摆动，静止的锁杆的卡齿36的受力面与锁止轮18的齿面相抵，锁止轮18被锁定无法转动，阀门关闭动作间接受到限制。当定时器凸轮旋转至其上凹口32对应锁杆上的锁销31时，锁杆上的锁销31可自由出入凹口32，定时器凸轮20对锁杆19的限制作用消失，锁杆对锁止轮的锁止作用即被撤消，锁止轮18与过桥小齿轮17、过桥大齿轮7、转轴27、阀杆14、阀芯13一起在关阀发条作用下同步转动，阀门被逐渐关闭。同时，锁止轮18的齿面交替冲击锁杆的两个卡齿36，锁杆连续摆动直到阀门完全关闭。锁杆每摆动一次，其上撞锤35撞击一次撞铃。 

在本例中，上述反转限制机构，一方面可以在被触发失效前，限制阀杆反转，另一方面通过带有双卡齿结构的锁杆实现，在阀门关闭的同时，由锁杆撞击撞铃，达到提示用户的效果。 

显然，如不需要铃声提示功能，或以其它方式提示用户计时已结束，则锁杆上设置一个与锁止轮的齿配合的卡齿即可，另一端也无需设置撞锤。 

过桥齿轮的作用在于减小卡齿受到的冲击力，延长锁止轮及锁杆使用寿命，如不考虑此问题，可以省略过桥齿轮，直接将锁止轮18像过桥大齿轮7那样通过棘轮机构6装配在转轴上。 

扇形齿轮26通过位于其旋转中心的轴孔套配在转轴27的上端，扇形齿轮26尾部（与设齿的一侧相对的另一侧）设有一以扇形齿轮旋转中心为圆心的弧形扁孔30，扭簧28一端29设有弯脚，弯脚29插在弧形扁孔30内，扭簧28另一端与壳体4固定。设置弧形扁孔的效果是：扭簧的弯脚从扁孔一端到另一端的过程中，与扇形齿轮不相互作用。这种结构可避免扇形齿轮在复位后受到扭簧不必要的作用力。 

扇形齿轮26的下面，围绕其轴孔设置两个沿轴孔中心中心对称的扇形槽24，一穿过转轴27的轴心的横销25的两端分别设置在两个扇形槽24内。横销25端部在扇形槽内的自由转动角，即为扇形齿轮相对于转轴的自由转动角。 

本例中，所述扇形齿轮26的有效啮合角（从第一齿轮一侧开始啮合到另一侧脱位，扇形齿轮所转过的角度）大于所述转轴的开、关相位差角，等于其相对于转轴的自由转动角。 

其工作过程如下： 

a) 使用阀门前，阀门处于关闭状态，扇形齿轮处于反转脱位状态（在第一齿轮反转方向侧脱位），扇形齿轮的弧形扁孔的正转方向端抵压在扭簧端部的弯脚上，扭簧发生正向形变，扭簧对扇形齿轮产生一正转驱动力，使其正转侧齿抵靠在第一齿轮的齿上，如图3所示。此时，扇形齿轮在正转方向上相对于转轴的自由转角等于其相对于转轴的自由转动角与所述转轴的开、关相位差角之差。在反转方向上相对于转轴的自由转角等于所述转轴的开、关相位差角；

b）开始使用阀门时，正向旋转定时器主轴，第一齿轮正转，扇形齿轮在扭簧作用下开始与第一齿轮啮合，并随之正转，当扇形齿轮的旋转角度等于其相对于转轴的自由转动角与所述转轴的开、关相位差角之差时，扇形齿轮下面的扇形槽反转方向侧的端面与转轴上的横销相接触，此时，扇形齿轮相对于转轴的自由转动角全部在其反转方向上，如图4所示。扇形齿轮继续随第一齿轮正转，将通过横销带动转轴开始正转；

c）当扇形齿轮在第一齿轮正转方向侧脱位时，扇形齿轮转过的角度等于其相对于转轴的自由转动角，则转轴随扇形齿轮转过的角度刚好等于转轴的开、关相位差角，此时，阀门完全打开，扇形齿轮相对于转轴的自由转动角还是全部在其反转方向上。并且此时，扇形齿轮的弧形扁孔的反转方向端抵压在扭簧端部的弯脚上，扭簧已过其正向临界点，发生反向开变，其对扇形齿轮的作用力反向，对扇形齿轮产生一反转驱动力，如图5所示。定时器凸轮的凹口顺时针转到另一侧，锁杆端部的锁销抵在定时器凸轮外缘上，后一卡齿嵌入锁止轮齿槽内，转轴反转被限制，如图15所示；

d）放开定时手柄，计时开始，第一齿轮随主轴在定时发条作用下开始反转，扇形齿轮在扭簧作用下开始与第一齿轮重新啮合，并随之反转，当扇形齿轮转过的角度等于其相对于转轴的自由转动角，其与第一齿轮脱离啮合，回归到反转脱位状态，如图6所示。此时，扇形齿轮下面的扇形槽正转方向侧的端面刚好与转轴上的横销相接触，但未相互作用，扭簧返回正向形变状态，开始对扇形齿轮产生一正转驱动力。在扇形齿轮的整个反转过程中，因为自由转动角的存在，转轴未发生动作；定时器凸轮上的凹槽尚未回转到起始位，反转限制机构状态不变，如图16所示；

e）计时结束，定时器凸轮凹口回归起始位，锁销可自由出入凹口，转轴在关阀发条作用下反转，开始关闭阀门，同时通过棘轮机构、过桥齿轮带动锁止轮转动，锁止轮齿面交替冲击锁销上的两个卡齿，锁杆连续摆动，撞锤反复向外撞击，如图17、18所示。当反转角度达到转轴的开关相位差角，阀门被完全关闭，此时，定时阀门各部件均回到初始状态，扇形齿轮在正转方向上相对于转轴的自由转动角等于自由转动角与所述转轴的开、关相位差角之差。在反转方向上相对于转轴的自由转动角等于所述转轴的开、关相位差角，如图7所示。

由以上过程不难看出，在整个过程中，扇形齿轮的扇形槽正转方向侧的端面与转轴上的横销始终不发生作用。也就是说，扇形齿轮相对于轴转的自由转动角可以更大，并不影响其作用效果，只要满足如下条件即可： 

1、在初始状态下，当扇形齿轮在反转方向上脱位，阀门处于关闭状态，扇形齿轮在正转方向上应当相对于转轴存在自由转角(R_正关)，该自由转角等于扇形齿轮的有效啮合角（R_啮合）与转轴的开、关相位差角（R_开关差）之差。该条件一方面保证，扇形齿轮在复位前，不与转轴发生作用，扇形齿轮则可以在远小于开关阀门的扭矩的作用下即可从脱位状态复位，实现与第一齿轮啮合。另一方面保证，扇形齿轮在正转方向上脱位时，阀门已完全打开；

2、扇形齿轮相对于转轴的自由转动角（R）不小于扇形齿轮的有效啮合角（R_啮合）。该条件保证在扇形齿轮在反转时，不带动转轴提前关闭阀门；

用公式表示为：R_正关>0，R_正关+R_开关差=R_啮合，R≥R_啮合。

上述扇形齿轮与转轴之间的传动关系，是实现“设定时间同时打开阀门，计时结束前阀门不被关闭”这一目的的关键所在。 

不难想到的是，如果作为扇形齿轮复位机构的扭簧对扇形齿轮可以产生足够克服关阀发条及阀杆、阀芯摩擦阻力的扭矩，则在初始状态下，扇形齿轮在正转方向上可以不具有相对于转轴的自由转角。也就是，实现“设定时同时打开阀门，且计时结束前阀门不被关闭”这一目的的最低条件是：扇形齿轮的有效啮合角（R_啮合）不大于扇形齿轮相对于转轴的自由转动角（R），也不小于转轴的开、关相位差角（R_开关差）。当扇形齿轮在正转方向上脱位时，阀门打开，且此时其相对于转轴的自由转动角在其反转方向上，即，此时，扇形齿轮在反转方向上相对于转轴的自由转角（R_反开）等于扇形齿轮相对于转轴的自由转动角； 

用公式表示为：R≥R_啮合≥R_开关差，R_反开=R。

此外，在本例中，转轴非阀杆，但与阀杆同轴同步转动，其传动效果与转轴即为阀杆本身的效果相同，不同之处仅在于机件安装的方便性上，转轴上要安装发条盘、防反转齿轮、用于安装定时器凸轮的筒轴等多个部件，阀杆上要连接阀芯，并设置90度开关限位结构，如转轴与阀杆为同一根轴，要实现多个部件的在同一根轴上的装配，其整个轴的结构将非常复杂。转轴与阀杆分体设计，可以在设计转轴结构时，不用考虑阀芯、阀体等与之装配的关系，而发条盘、防反转齿轮、定时器凸轮筒轴等部件，可以分别从两端装入转轴，转轴结构则相对简单。各部件的安装也相对方便。 

Claims (10)

1.一种用于机械式定时阀门的阀门开关机构，其特征在于，包括一通过正转与反转打开或关闭阀门的转轴、与转轴单向联动的锁止轮、用于锁定锁止轮的锁杆，所述转轴上设置有用于驱动转轴反转的关阀发条，所述转轴与锁止轮通过棘轮机构连接，转轴反转时棘轮机构啮合，所述锁止轮圆周上设齿，所述锁杆第一端设有卡齿，第二端抵靠在定时器凸轮的外缘上，定时器凸轮外缘由一段以放转中心为圆心的圆弧轮廓和一段突变轮廓组成，当定时器凸轮的圆弧轮廓对应锁杆第二端时，锁杆第一端的卡齿嵌在锁止轮的齿槽内，当定时器凸轮的突变轮廓对应锁杆第二端时，锁杆第二端随突变轮廓运动，锁杆第一端的卡齿从锁止轮的齿槽内脱出。

2.根据权利要求1所述的阀门开关结构，其特征在于，所述锁止轮装配在转轴上，锁止轮与转轴分别与棘轮机构的棘爪或棘轮连接。

3.根据权利要求1所述的阀门开关机构，其特征在于，锁止轮与转轴通过齿轮传动机构连接。

4.根据权利要求3所述的阀门开关机构，其特征在于，转轴与锁止轮之间设有大、小两个相互啮合的过桥齿轮，其中过桥大齿轮通过棘轮机构装配在转轴上，过桥小齿轮与锁止轮同轴且周向相对固定设置。

5.根据权利要求4所述的阀门开关机构，其特征在于，棘轮机构为外啮合式棘轮机构，棘轮与转轴固定，过桥大齿轮可转动地套装在转轴上，棘爪铰接或一端固定在大齿轮上。

6.根据权利要求4所述的阀门开关机构，其特征在于，棘轮机构为内啮合式棘轮机构，过桥大齿轮与棘轮同轴心相对固定设置，棘爪周向相对固定地设置在转轴上。

7.根据权利要求1所述的阀门开关机构，其特征在于，所述锁杆为移动设置的直杆结构，卡齿设在第一端端面，锁止轮的齿面与卡齿的齿面相互作用，对锁杆产生一个指向第二端的作用力；定时器凸轮为圆周上带有凹口的圆盘结构；当凹口转动至对应锁杆第二端时，在锁止轮齿面与卡齿齿面相互作用下，锁杆第二端移动进入凹口，第一端卡齿从锁止轮的齿槽内脱出。

8.根据权利要求1所述的阀门开关机构，其特征在于，所述锁杆摆动设置，卡齿设置第一端的正向侧，锁杆第二端抵靠在定时器凸轮外缘上，定时器凸轮为圆周上带有凹口的圆盘结构，定时器凸轮位于锁杆第二端的反向侧，当定时器凸轮的凹口对应锁杆第二端时，锁杆第二端向定时器凸轮中心摆动，锁杆第一端的卡齿从锁止轮的齿槽内脱出。

9.根据权利要求1所述的阀门开关机构，其特征在于，定时器凸轮和转轴同轴心设置。

10.根据权利要求9所述的阀门开关机构，其特征在于，定时器凸轮安装轴中心带通孔，转轴由通孔穿过，转轴侧面与通孔滑动配合。

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