一種新型延時系統(tǒng)的設(shè)計與分析*

重慶科技學(xué)院 機械與動力工程學(xué)院 重慶 401331

引言

目前，定時器的種類多種多樣，它們無一不在各行各業(yè)中扮演著重要的角色，實現(xiàn)各種人們特定的功能，滿足人們的需求。其中，機械發(fā)條式定時器在各類型電器設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛，其原理一般都是根據(jù)上弦鐘表設(shè)計而來，此類定時器結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，且它的時間控制精度也能基本滿足人們的要求，是人們?yōu)閷崿F(xiàn)定時功能的首選。文章根據(jù)上述延時器的特性，設(shè)計出兩種均以薄型鋼制發(fā)條作為動力驅(qū)動源的機械式小型延時觸發(fā)裝置，分別做如下介紹。

1 一種基于風(fēng)力阻尼的機械延時系統(tǒng)

國內(nèi)外對于機械式裝置的延時方案做了大量的系統(tǒng)性研究，并且有了較為成熟的技術(shù)基礎(chǔ)，文章根據(jù)自身所學(xué)知識首先介紹一種風(fēng)力阻尼延時機構(gòu)，其延時機構(gòu)主要由動力部分、傳動部分、阻尼器部分等組成[1]。

動力部分的平面渦卷彈簧與旋轉(zhuǎn)軸勾連，旋轉(zhuǎn)軸與一級齒輪之間存在一個棘輪機構(gòu)，使得平面渦卷彈簧蓄能時，旋轉(zhuǎn)軸與平面渦卷彈簧轉(zhuǎn)動而一級齒輪不會轉(zhuǎn)動，平面渦卷彈簧釋放能量時，旋轉(zhuǎn)軸與一級齒輪一同轉(zhuǎn)動。

傳動部分的作用是傳遞動力，并且選用了傳動比穩(wěn)定、傳動比范圍廣、傳動距離較近、效率較高、工作可靠性高的齒輪傳動機構(gòu)。主要作用是進行加速，使得末端阻尼器高速旋轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生足夠的阻力。為了使整個傳動系統(tǒng)傳動可靠穩(wěn)定、加工簡單，大部分傳動過程采用平行軸間直齒傳動。阻尼器部分的作用是使平面渦卷彈簧釋放的速度減緩，是此裝置延時機構(gòu)的執(zhí)行末端，產(chǎn)生的原理是通過阻尼器轉(zhuǎn)動產(chǎn)生風(fēng)力力矩。

經(jīng)試驗，風(fēng)力阻尼器延時機構(gòu)在短時（5s-15s）延時的范圍內(nèi)較為穩(wěn)定，且鎖扣機構(gòu)中分離鎖扣的力也更大，該阻尼器延時機構(gòu)由平面渦卷彈簧作為動力源，經(jīng)多級齒輪傳動進行加速，末端為風(fēng)力阻尼器，其高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一定的阻力延緩了平面渦卷彈簧的釋放，從而達到了延時的功能。

2 一種基于小孔節(jié)流原理的氣壓延時系統(tǒng)

氣體延時的應(yīng)用也十分廣泛，例如一種常見的自動滅火系統(tǒng)，其自動滅火系統(tǒng)探測器與微控制單元連接，微控制單元接收到探測器的信號，并可控制氣動裝置。有些滅火系統(tǒng)需要較高的靈敏度，需要迅速的反應(yīng)，立即滅火。而有的滅火系統(tǒng)需要有一定的時間延時，這就需要相應(yīng)的時間延時裝置[2-4]。

文章設(shè)計的第二種延時系統(tǒng)為一種基于小孔節(jié)流原理的氣壓延時系統(tǒng)，此延時機構(gòu)主要由平面渦卷彈簧、發(fā)條盒、旋轉(zhuǎn)軸、棘輪、齒輪齒條、氣囊、氣囊盒等組成，其工作原理與工作過程如下。

工作原理：平面渦卷彈簧釋放能量，經(jīng)棘輪機構(gòu)傳遞到主齒輪，在經(jīng)齒輪齒條機構(gòu)傳遞到氣囊處，氣囊口開有小孔，利用小孔節(jié)流原理，由于氣囊中氣壓壓強降低，受到大氣壓的壓力，使得氣囊中氣體的排出速度受到限制，故而產(chǎn)生了延時的效果。此延時機構(gòu)即利用此原理，在延時機構(gòu)的執(zhí)行末端推動氣囊，產(chǎn)生阻力，其設(shè)計原理如圖1所示。

圖1 小孔節(jié)流延時機構(gòu)原理圖

工作過程：首先動力部分仍采用平面渦卷彈簧，通過棘輪棘齒機構(gòu)，釋放發(fā)條能量單向帶動齒條推動氣囊，氣囊中的空氣從小孔排出，產(chǎn)生小孔節(jié)流現(xiàn)象，形成壓強差，大氣便會從圖中左側(cè)向右側(cè)施加壓力，產(chǎn)生阻力，使發(fā)條彈簧的釋放速度減慢[5-7]。

3 結(jié)束語

文章根據(jù)自身所學(xué)，結(jié)合工程實際問題，對定時延時領(lǐng)域做了分析與調(diào)研，設(shè)計出兩種新型延時系統(tǒng)，并對它們的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及主要創(chuàng)新點做了相應(yīng)的分析與總結(jié)。兩種新型延時系統(tǒng)均以薄型鋼制發(fā)條作為動力驅(qū)動源，且均能夠輸出較大的扭矩，實現(xiàn)了在不使用任何外部電源的情況下，短期延時并觸發(fā)其他效果的功能，為其他延時系統(tǒng)的設(shè)計與研發(fā)做出了相應(yīng)的參考價值。