專利名稱：一種可脫位復位的電控閥齒輪傳動機構的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于閥門技術領域，涉及一種電控式閥門，具體的說是一種應用于 電控閥的齒輪傳動機構。
背景技術：
隨著科學的發展，電控式自動閥門開始被廣泛應用在生產生活中。在現有技術 中，電控閥一般包括電動機、減速齒輪組、閥體、閥桿及閥芯，所述減速齒輪組的低速 端齒輪裝配在所述閥桿上，或者直接將所述閥桿制作成齒輪軸。所述電動機通過減速齒 輪組控制閥芯的開關，所述電動機由控制電路控制開停及正反轉。在理想狀態下，理論上是可以通過精確的計算，設定精準的電動機供電時間以 實現，在閥芯剛好完全關閉閥門時電動機停轉。然而，現實中，由于傳動過程中存在多 級齒輪傳動誤差，同時受電動機的起動增速過程轉速變動、以及電動機停止時的轉動慣 性等因素的影響，很難實現對閥芯的精確控制。即便是通過高科技手斷實現了電動機工 作時間的精確設定，由于齒輪組在工作中產生磨損，使用一段時間后，也同樣會導致閥 芯不能完全關閉閥門的現像。對于這個現實存在的問題，現有技術中的解決辦法是，設定更長的電動機工作 時間。使電動機在閥芯理論上已關閉閥門后繼續工作一段時間，以便保證閥芯實際上關 閉閥門。這種解決辦法僅管在一定程度內解決了問題，但是，也存在著至少一個關鍵問 題，即當閥芯停轉后電動機會被迫停轉。此時，一方面，由于控制電路仍在對電動機供 電，在電動機線圈內將產生相當于正常電流的四倍以上的堵轉電流，線圈大量發熱，容 易燒毀電機；另一方面，由于電動機堵轉時，齒輪組的嚙合齒上承受著很大的壓力，在 低速端齒輪上表現尤為明顯。為了避免齒輪強度不足，導致齒牙損壞。人們在電控閥 中，只能采用金屬的高強度齒輪。然而，由于金屬齒輪復雜的加工裝配過程，以及近 年，隨著礦產資源減少，金屬材料的俞加貴重。金屬齒輪的使用卻帶來了很嚴重的高成 本問題。解決上述因電動機堵轉所帶來的問題，可以分別從以下三個角度出發第一，針對電動機。盡可能使用小功率電動機以有效減小電動機堵轉時的堵轉 電流。但是當閥芯或閥桿因灰塵雜質被阻礙時，有可能出現假關閉現象。而且即便使用 的電動機功率很小，堵轉時，低速端齒輪齒牙一樣承受著非金屬齒輪無法承受的重荷。第二，針對傳動機構。從傳動機構的結構上著手，設計一種特別結構，當實現 閥門打開或關閉后，傳動機構的某一部件脫離崗位，使傳動線路斷開。這樣電動機就不 會因為閥芯的停止而堵轉，齒輪組的齒輪也不再承受過大壓力。但是如何實現這傳動線 路的適時斷開，又在需要的時候聯通，是一個難題，而且針對于不同的閥芯結構，實現 的方式將各不相同。第三，針對閥芯。通過在閥芯或閥桿處設置閥芯開關檢測裝置，由閥芯開關檢 測裝置配合控制電路直接控制電動機通斷電。當閥芯完全打開或關閉時，檢測裝置發出信號，由控制電路直接停止對電動機供電。這種解決問題的方式不足之處在于結構復 雜，且成本增高。
發明內容針對現有技術中存在的上述缺點，本實用新型從改進傳動機構的角度出發，針 對現有電控閥的減速齒輪組提供了一種改進結構，當閥門打開或關閉后可從齒輪組低速 端斷開動力的傳遞，進而解決電動機堵轉的問題，實現對電動機和齒輪組的保護。為實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案是一種可脫位復位的電控閥 齒輪傳動機構，所述電控閥包括電動機、齒輪傳動機構、閥桿和閥芯，所述齒輪傳動機 構包括減速齒輪組，所述減速齒輪組的低速端齒輪裝配在所述閥桿上，其特征在于，所 述減速齒輪組的低速端齒輪為扇形齒輪，并且，當所述扇形齒輪分別在次低速齒輪的兩 側脫位時，所述閥芯正好處于打開和關閉狀態；另外，所述齒輪傳動機構還包括使脫位 的扇形齒輪復位的回轉驅動機構，當所述扇形齒輪在某一側與次低速齒輪脫離嚙合后， 至少在次低速齒輪開始反轉時，所述回轉驅動機構可促使扇形齒輪回轉并與次低速齒輪 重新嚙合。上述技術方案是對現有技術中減速齒輪組的低速端齒輪進行的改進，將低速端 齒輪改進為具有有限嚙合角的扇形齒輪。當閥門關閉或打開后，所述扇形齒輪因已轉過 有效嚙合轉角而在次低速齒輪一側脫位，即與次低速齒輪脫離嚙合。此時，電動機與閥 桿之間的聯動斷開，電動機可自由運轉，而不會因為閥芯的停轉而堵轉。當需要打開或 關閉閥門時，控制電路控制電動機反轉。當次低速齒輪開始反轉，扇形齒輪在回轉驅動 機構作用下回轉復位，即與次低速齒輪重新嚙合。然后扇形齒輪在次低速齒輪的驅動下 打開或關閉閥門。當打開或關閉閥門后，所述扇形齒輪反方向轉過有效嚙合轉角，在次 低速齒輪的另一側再一次脫位。顯然，上述技術方案通過對低速端齒輪的形狀改變實現了齒輪傳動機構在適當 時候的斷開傳動，而回轉驅動機構的設置又實現了傳動機構在需要時候的重新實現聯 動。最終有效的避免了電動機堵轉問題。從而解決了電動機堵轉所直接帶來的電動機 燒毀、齒牙壓斷等問題。而更重要的是，這種改進結構給塑料齒輪的應用提供了條件。 這不僅可以直接降低齒輪組的材料成本，塑料齒輪的加工成本與金屬齒輪相比也顯著降 低。可以說這種改進是電控閥領域的一次變革。在上述技術方案中，所述扇形齒輪的回轉驅動機構的作用在于當扇形齒輪在次 低速齒輪某一側脫位后，在需要變換閥芯狀態時，使扇形齒輪回轉復位，即與反轉的次 低速齒輪重新嚙合。目的是使適當時候斷開傳動的傳動機構在需要的時候重新聯動。基 于這種目的，不難想到，所述回轉驅動機構應當包括兩個相同的驅動部件，或者僅包括 一個驅動部件，但包括兩個驅動部位，以分別負責所述扇形齒輪在次低速齒輪的兩則脫 位時回轉驅動，或者是一個部件，但具有雙向驅動的功能。所述驅動部件可以是彈簧、 彈片、或者其它任何可以產生頂推、牽拉或扭轉作用的部件或機構。所述回轉驅動機構 應當保證至少在次低速齒輪開始反轉時發生作用。根據發生作用的機制，所述扇形齒輪的回轉驅動機構可以分為兩種一種是在 需要時即時發生作用的機構，比如由次低速齒輪的回轉而觸發其動作的機構。這種機構結構上相對要復雜，至少要包括觸發部件和使扇形齒輪回轉的執行部件，所述觸發部件 可以是機械部件，也可以是一種具有檢測功能的電子元件。當然復雜的結構增加的不僅 是材料成本，加工成本，也給拆裝帶來麻煩，所以除非在非常高檔的設備中，一般不建 議采用這種回轉驅動機構。另一種是持續作用的機構，比如可發生彈性變形的彈性部 件，當所述扇形齒輪與次低速齒輪即將脫離嚙合前的一定轉角內，所述扇形齒輪開始作 用在彈性部件上使之發生彈性變形。從所述扇形齒輪接觸到所述彈性部件開始，至所述 扇形齒輪回轉并脫離所述彈性部件期間，所述彈性部件持續對所述扇形齒輪發生作用。 這個期間包括扇形齒輪與彈性部件接后至扇形齒輪脫位期間、所述扇形齒輪脫位后次低 速齒輪繼續轉動期間、電動機停轉后保持閥芯狀態期間、次低速齒輪回轉后至所述扇形 齒輪脫離彈性部件前的期間。持續作用式回轉驅動部件相對簡單，安裝方便，只需將彈 性部件一端或某一部分裝配在適當的位置即可。但在所述扇形齒輪脫位后次低速齒輪繼 續轉動期間，將會具有齒輪相互撞擊的噪聲。本實用新型的齒輪傳動機構，按所述扇形齒輪在閥桿上的裝配形式可以分兩種 方案。第一種方案是將扇形齒輪固定裝配在所述閥桿上的普通方案，而另一種方案中所 述扇形齒輪采用非固定式裝配形式，是在第一種方案的基礎上做出的改進方案。在第一種方案中，所述扇形齒輪相對于次低速齒輪的有效嚙合轉角等于所述閥 桿的開、關相位差角。其中，所述閥桿的開、關相位差角是指所述閥芯在開和關兩種狀 態間變換時所述閥桿的轉動角；所述有效嚙合轉角是指從扇形齒輪一側端齒轉入次低速 齒輪的齒頂圓范圍開始至其另一側端齒轉出次低速齒輪的齒頂圓范圍的過程中所述扇形 齒輪轉過的角度。在本方案中，由于閥芯、閥桿與扇形齒輪始終聯動，因此，若實現扇形齒輪脫 離次低速齒輪后回轉，回轉驅動機構對扇形齒輪產生的轉矩必段大于閥芯及閥桿阻力對 扇形齒輪產生的反方向轉矩。這一條件決定了必須使用強度更大的驅動部件，其間接效 果是成本的增加。另外，如果采用持續作用式回轉驅動機構，由于回轉驅動機構在扇形 齒輪與次低速齒輪脫離嚙合前已開始對所述扇形齒輪產生回轉作用，從回轉驅動機構開 始對扇形齒輪產生作用時起至最后扇形齒輪相對于次低速齒輪脫位的一段時間內，所述 次低速齒輪不僅需要克服閥桿及閥芯的阻力帶來的反向轉矩，同時必須克服回轉驅動機 構產生的反向轉矩。結合前面所講的所述回轉驅動機構對扇形齒輪產生的轉矩需要滿足 的條件可知，當采用持續作用式回轉驅動機構時，必須使用常用電動機功率兩倍以上的 電動機方能使電控閥正常工作。這不僅會增加電能的損耗，也同樣又增加了電動機的成 本。在某些應用電控閥的設備，如煤氣表中，需要在電池沒電時將閥門關閉。因 此，一般會在控制電路中設置電容一類的儲能元件，電池有電時會對其充電，當電池電 量用完時，儲能元件利用其儲存的電能起動電動機將電控閥關閉。當不得不使用大功率 電動機時，在這些設備中同樣也不得不使用更大容量的儲能元件。無疑這又增加了成 本。針對第一種方案中的上述的不足，本發明在第一種方案的基礎上又作出了改 進，提出了下面一種改進方案。這一改進方案和第一種方案基本相同，也是采用扇形齒輪做為低速端齒輪，所不同之處在于，所述扇形齒輪非直接固定在所述閥桿上，而是在閥桿上可自由轉動一個 角度，此自由轉動角足以保證在所述扇形齒輪重新與次低速齒嚙合前，所述扇形齒輪與 閥桿不聯動。這樣改進方案的優點在于，在實現扇形齒輪復位過程中，所述回轉驅動機構不 需要克服閥桿及閥芯阻力，而只需推動扇形齒輪自身發生旋轉即可。由于扇形齒輪自身 存在的阻力與閥桿及閥芯阻力相比微乎其微，因此本改進方案中可以選用回轉力很小的 回轉驅動機構，比如細小的彈簧或很薄弱的彈片。相比于第一種方案，本方案具有更廣 的適用范圍，并可以有效節約成本。而更重要的是，在本改進方案中，可以按現有技術 中的常規標準選用電動機，而不會因為回轉驅動機構的設置而去考慮采用更大功率的電 動機。同理，當其應用在煤氣表等設備中，相對較小容量的儲能元件也完全可以關閉閥 門。這里需要注意的是，在本改進方案中，由于自由轉動角的存在，如果所述扇形 齒輪相對于次低速齒輪的有效嚙合轉角仍等于所述閥桿的開、關相位差角，是不能實現 閥門的完全開關的。在本改進方案中，所述的有效嚙合轉角應該等于所述閥桿的開、關 相位差角與自由轉動角之和。所述扇形齒輪相對于閥桿的自由轉動角可以通過很多種裝配結構實現。大體上 可以分兩類，第一類是針對于軸與孔的配合結構，比如弓形軸肩配合同心弓形軸孔，而 孔的圓弧角大于軸的圓弧角。舉例來說，所述閥桿上端為弓形軸肩，所述扇形齒輪的圓 心設與之配合的弓形軸孔。第二類是附加限位結構，這一類中最典型的結構是凸塊與滑 槽的配合。比如，將所述扇形齒輪松配合套裝在所述閥桿上，同時在所述閥桿和扇形齒 輪上分別設置相互配合的限位結構。具體的說，在閥桿上設置限位凸塊，而扇形齒輪上 設置與所述限位凸塊相配合的沿周向延展的限位滑槽，所述限位凸塊在所述限位滑槽中 的滑動范圍即是扇形齒輪的自由轉動范圍。總而言之，不論采用何種裝配結構實現扇形 齒輪的自由轉角，均需要滿足以下條件其一，所述扇形齒輪在所述閥桿上可轉動，其 二，所述扇形齒輪在所述閥桿上的可轉動角度有限。當然，也可以從所述閥桿與閥芯之間的裝配結構上進行改進，使閥桿相對于閥 芯可自由轉動一個角度。這種改進可以在一定程度上減小了回轉驅動機構的負擔，但是 回轉驅動機構仍需克服閥桿與密封件之間的摩擦阻力。效果與上述改進方案相比欠佳。通過以上描述可知，本實用新型的齒輪傳動機構，主要適用于轉動閥芯式電控 閥門，也適用于閥桿開、關相位差角小于360度的移動閥芯式電控閥門。
圖1為常見電控閥的外部結構示意圖。圖2為常見電控閥的內部結構示意圖。圖3為本實用新型的第一方案的一種具體實施方式
結構示意圖。圖4為本實用新型中彈片式回轉驅動機構裝配關系示意圖。圖5為本實用新型中拉簧式回轉驅動機構裝配關系示意圖。圖6為本實用新型中扭簧式回轉驅動機構裝配關系示意圖。圖7為圖6的右視圖的順時針90度旋轉視圖。[0033]圖8為扭簧式回轉驅動機構在齒輪箱上蓋板上的固定結構示意圖。圖9為圖8中圈A部分放大圖。圖10為本實用新型第一方案中開始關閉閥門時扇形齒輪復位狀態示意圖。圖11為本實用新型第一方案中扇形齒輪處于關位狀態示意圖。圖12為本實用新型第一方案中開始打開閥門時扇形齒輪復位狀態示意圖。圖13為本實用新型第一方案中扇形齒輪處于開位狀態示意圖。圖14為本實用新型齒輪傳動機構中扇形齒輪脫位后的擺動狀態示意圖。圖15為本實用新型改進方案的一種具體實施方式
結構示意圖。圖16為本實用新型改進方案中扇形齒輪與閥桿裝配關系示意圖。圖17為本實用新型改進方案中扇形齒輪處于關閥起步位狀態示意圖。圖18為本實用新型改進方案中扇形齒輪處于關位中一種極限狀態示意圖。圖19為本實用新型改進方案中扇形齒輪處于關位中另一種極限狀態示意圖。圖20為本實用新型改進方案中扇形齒輪處于開閥起步位狀態示意圖。圖21為本實用新型改進方案中扇形齒輪處于開位中一種極限狀態示意圖。圖22為本實用新型改進方案中扇形齒輪處于開位中另一種極限狀態示意圖。圖23為本實用新型改進方案中扇形齒輪處于開位狀態下的透視效果圖。圖24為本實用新型改進方案中扇形齒輪處于關位狀態下的透視效果圖。圖25為凸塊配合滑槽實現扇形齒輪自由轉動角的裝配結構示意圖。圖26為弓形軸孔配合弓形軸實現扇形齒輪自由轉角的裝配結構示意圖。
具體實施方式
下面以電控球閥為例，例舉兩種相對優選的實施方案，并結合附圖具體說明本 實用新型的兩大方案如何實現傳動機構的脫位和復位功能的。參照圖1、2，在現有技術中，常見電控球閥主要包括電動機6、減速齒輪組5、 閥體4、閥桿8、和閥芯9五大結構組成，其中所述電動機6和減速齒輪組5分別設置在 電動機箱2和齒輪箱1內。所述電動機6通過導線3與控制電路連接，并由控制電路控 制其轉、停以及轉動方向。所述減速齒輪組5的高速端齒輪安裝在電動機輸出軸上，所 述減速齒輪組5的低速端齒輪7裝配在閥桿8上。所述電動機6的轉矩經過減速齒輪組 逐級增加力臂后，以低轉速形式傳給閥桿8，由閥桿8帶動閥芯9轉動開、關閥門。參照圖3，在本實用新型的電控閥中，所述減速齒輪組5的低速端齒輪為扇形齒 輪11，并且，所述扇形齒輪11相對于次低速齒輪10的有效嚙合轉角R等于所述閥桿8的 開、關相位差，也就是說，由于閥芯9與扇形齒輪11通過閥桿8聯動，隨著所述扇形齒 輪11從圖中虛線所示的開位轉到實線所示的關位，所述閥芯9剛好從打開閥門的狀態轉 動至關閉閥門狀態，反之亦然。不難想到，在本實用新型中，除了所述扇形齒輪的有效 嚙合角R需等于所述閥芯9的開關相位差角外，所述扇形齒輪11在閥桿8的周向上的裝 配位置也必須與所述閥芯9對應。其對應關系是，當扇形齒輪11處于圖中虛線所示的開 位時所述閥芯9正好處于打開狀態，而當扇形齒輪11處于圖中實線所示的開位時所述閥 芯9正好處于關閉狀態。為使脫位的扇形齒輪在需要打開或關閉閥門時自動復位，本圖中給出了持續作 用式回轉驅動機構的一種具體實現方式。通過分別對應所述扇形齒輪11兩側邊的兩個回轉彈片14分別推動在次低速齒輪10兩側脫位的扇形齒輪11復位。所述回轉彈片14的 兩端分別為固定端15和作用端13，所述固定端15固定在齒輪箱底板16上，所述作用端 13對應所述扇形齒輪的側邊12，并且在自然狀態下位于所述扇形齒輪11的轉動路徑的 邊界以內。所述扇形齒輪11由次低速齒輪10驅動時，在其側邊到達邊界前，其側邊12 即已開始抵壓回轉彈片作用端13使回轉彈片發生彎曲變形，直到所述扇形齒輪11脫位。 當扇形齒輪在脫位狀態下，所述回轉彈片14始終對所述扇形齒輪保持一個使之回轉的推 力。當然所述回轉彈片的作用端13不一定要對應在所述扇形齒輪11的側邊。也可以 在扇形齒輪11的上面或下面設置著力凸塊或凸柱17來承接回轉彈片作用端的推力，如 圖4所示。所述作用端13適宜設置一圓弧彎角，以減小作用端與扇形齒輪側邊的摩擦阻 力。所述固定端15的固定方式都可以有多種，比較簡單的方式是采用螺釘固定，如本圖 所示，或者通過與固定端形狀相匹配的卡槽固定。彈片式回轉驅動機構特點在于回轉 可靠性高，可以根據回轉阻力大小，自由地選擇不同厚度的彈片，適用范圍極廣。參照圖5，該圖給出了一種拉簧式回轉驅動機構的具體實現方案，本例中，所述 回轉驅動機構為一根拉簧20，其兩端分別安裝在齒輪箱底板和扇形齒輪上，可分別稱為 固定端和作用端。其中，固定端18安裝位置適宜設在所述扇形齒輪圓心與次低速齒輪圓 心的連線19上。根據拉簧的性質，所述拉簧的固定端18位置以盡可能遠離所述扇形齒 輪轉動軸心22為優。所述拉簧的作用端21的安裝位置適宜設在所述扇形齒輪的中線23 上，并以盡可能靠近扇形齒輪轉動軸心22為優。拉簧式回轉驅動機構的優點是僅一個部 件即可實現扇形齒輪的雙側復位；圖6、圖7所示的是一種扭簧式回轉驅動機構的具體實現方案，圖中所示的扭轉 彈簧26同軸設置在所述扇形齒輪11上方，其兩臂25、27的末端為分別從兩個方向扭轉 扇形齒輪的兩個作用端28、29，本圖中所述作用端向下彎折，正常狀態下，所述扭轉彈 簧26由分別對應其兩臂的兩個限位柱24漲緊，所述扭轉彈簧的作用端分別位于所述扇形 齒輪11的轉動路徑的兩側邊界內，并且在平面內對應所述扇形齒輪的側邊12。所述扭轉 彈簧26可以根據低速端齒輪裝配位置的高低設置在齒輪箱底板16或上蓋板30上。本圖 中以設置在上蓋板30上為例，圖8、圖9具體展示了其在上蓋板30上的裝配狀態。扭簧 式回轉驅動機構特點在于除兼具彈片式及拉簧式回轉驅動機構的優點外，還具有裝配 簡便的優點，只需套入相應位置即可。參照圖10-13，該四圖以扭轉彈簧為例分四個步驟說明本實用新型第一方案所述 的傳動機構的脫位復位工作過程。第一步，假設閥門處于打開狀態，所述扇形齒輪在次 低速齒輪上方脫位，我們將此時所述扇形齒輪所處相位稱之為開位，現欲關閉閥門，因 此正向起動電動機，次低速齒輪順時針轉動。所述扇形齒輪在回轉扭簧上臂作用下帶動 閥桿及閥芯逆時針轉動并與次低速齒輪實現嚙合，如圖10所示。第二步，所述扇形齒輪 在次低速齒輪的帶動下逆時針轉過角度R后在次低速齒輪下方脫位，即與次低速齒輪脫 離嚙合，此時所述扇形齒輪所處相位稱之為關位。此時，所述閥芯關閉，所述扭轉彈簧 的下臂已被扇形齒輪推離限位柱。在扭轉彈簧的作用下，所述扇形齒輪順時針側端齒壓 向次低速齒輪。如圖11所示。為了確保閥芯徹底關閉，繼續對電動機供電一斷時間后， 電動機斷電停轉。第三步，當需要打開閥門時，反向起動電動機，次低速齒輪逆時針反 轉，所述扇形齒輪在扭簧下臂作用下順時針轉動并與次低速齒輪重新嚙合，所述閥桿及閥芯隨扇形齒輪轉動開始打開閥門，如圖12所示。第四步，所述扇形齒輪在次低速齒輪 反轉帶動下順時針轉過角度R后進入開位。此時，所述閥芯打開，所述扭轉彈簧的上臂 已被扇形齒輪推離限位柱。在扭轉彈簧的作用下，所述扇形齒輪逆時針側端齒壓向次低 速齒輪，以準備下次關閉閥門，如圖13所示。為了確保閥芯完全打開，繼續對電動機供 電一斷時間后，電動機斷電停轉。參照圖14，根據前面的描述可知，當采用持續作用式回轉驅動機構時，所述 扇形齒輪在次低速齒輪某一側脫位后，扇形齒輪在回轉驅動機構的作用下壓向次低速齒 輪，在次低速齒輪外圓的支撐下保持關位或開位。但是次低速齒輪的的外圓是高低不平 的齒牙而并非光滑的圓弧，也就是說，所述扇形齒輪的開位或關位并不是一個確定相位 角，而是在一個角度范圍r內不斷變動的角度域。在這種情況下，設計閥門時，應當保 證閥芯在關閉閥門的狀態下具有一個其值不小于r的轉動余角，在這轉動余角范圍內閥芯 所處的任何相位均可以關閉閥門。圖15-24是本發明齒輪傳動機構改進方案的具體實現方式，該方案改進了第一 方案中閥桿、閥芯阻力限制回轉驅動機構及電動機的選用的缺陷，也解決了扇形齒輪開 關位變動影響閥芯的精確關閉閥門的問題。以下各圖中所述回轉驅動裝置均以扭轉彈簧 為例。參照圖15，所述扇形齒輪11通過軸孔33套裝在所述閥桿8上端的軸肩上，所 述軸孔33與所述軸肩松配合。所述軸孔的圓周上設有一對依圓心對稱的扇形槽31，所 述扇形槽31的扇形圓心與所述軸孔33同心。所述軸肩上設有兩個分別對應兩個扇形槽 31并與之配合的扇形凸塊32。所述扇形槽31的扇形角大于所述扇形凸塊32的扇形角。 兩者之間的差角rl正是所述扇形齒輪相對于閥桿的自由轉動角。因此在本圖例中，所述 扇形齒輪相對于次低速齒輪10的有效嚙合轉角Rl等于閥桿開關相位差角加上所述扇形槽 31與所述扇形凸塊32的扇形角之差rl。在此我們以字母Q代表閥桿開關相位差角，上 述關系則可以用公式表達為Rl = rl+Q。在本實施方式中，如果所述扇形槽不穿透整個扇形齒輪的厚度，則所述軸孔33 在一定厚度內具有完整的圓周，這樣有利于提高扇形齒輪在閥桿的裝配穩定性。同時也 增加了扇形齒輪的強度，如圖16所示。圖17-22按動作先后順序說明了相對于閥芯具有自由轉動角的扇形齒輪裝配方 案的工作方式。該六幅圖分別展示了在這一改進方案中扇形齒輪的六個重要工作狀態。 按圖的先后順序，我們依次稱之為狀態一至狀態六。其中狀態二、三是閥門關閉時扇形 齒輪的兩種極限狀態，狀態五、六為閥門打開時扇形齒輪的兩種極限狀態。在該六幅圖 中，所述扇形齒輪的限位結構選擇扇形槽形式，因此在圖中對扇形齒輪做了部分剖切畫 法。參照圖17，所述狀態一代表關閉閥門的準備動作的完成。具體的說，在閥門處 于打開狀態下，欲將其關閉，由控制電路起動電動機正轉，次低速齒輪順時針轉動，扇 形齒輪在扭轉彈簧上臂作用下隨次低速齒輪逆時針轉動。當所述扇形齒輪上設置的扇形 槽的順時針側側邊貼緊閥桿上的扇形凸塊，如繼續轉動，所述扇形齒輪將開始帶動閥桿 及閥芯轉動。也就是說，此時，所述扇形齒輪已作好關閉閥門的準備工作。此時，所述 扇形齒輪已經與次低速齒輪實現嚙合；而所述扭轉彈簧上臂也即將觸及上限位柱，將失去對扇開齒輪的作用。此時所述扇形齒輪所處相位，我們可以稱之為關閥起步位。在所述扇形齒輪做準備工作的過程中，所述扇形齒輪相對于閥桿及閥芯始終處 于自由轉動狀態。換句話說，在扇形齒輪實現復位前，所述閥桿及閥芯的阻力對扭轉彈 簧不起作用，所述扭轉彈簧的回轉力僅需克服扇形齒輪自身重力產生的慣性及扇形齒輪 與閥桿之間的摩擦阻力即可。而這些阻力是相當微弱的。參照圖18、19，所述狀態二、三代表關閉閥門的任務已經完成。具體的說，當 關閉閥門的準備工作完成后，電動機繼續運轉，所述扇形齒輪在低速齒輪逆時針轉動的驅動下帶動閥桿及閥芯逐漸關閉閥門。當扇形齒輪逆時針轉動至其順時 針側端齒由次低速齒輪的某一齒牙的齒項第一次推出次低速齒輪的齒頂圓范圍，所述扇 形齒輪在次低速齒輪下方脫位，閥桿及閥芯逆時針方向轉動達到極限，其狀態如圖18所 示。根據Rl =rl+Q，可知，此時所述閥芯已徹低關閉。此時，所述扇形齒輪已在次低 速齒輪作用下將扭轉彈簧的下臂推離下限位柱，扭轉彈簧的扭轉力通過其端部全部作用 在扇形齒輪上。為確保閥門確實已關閉，控制電路將對電動機繼續供電，次低速齒輪繼 續順時針轉動，當所述次低速齒輪上頂推扇形齒輪的齒牙脫離扇形齒輪順時針側端齒， 所述扇形齒輪在扭轉彈簧的作用下順時針轉動，其順時針側端齒撞向次低速齒輪的下一 個齒牙，其狀態如圖19所示。在電動機停止運轉前，隨著次低速齒輪的每個齒牙依次接 觸扇形齒輪的順時針側端齒，所述扇形齒輪將在狀態二和狀態三之間來回變換，呈等頻 率擺動狀態。因為自由轉動角的存在，所述扇形齒輪在狀態二和狀態三之間來回變換的 過程中，閥桿及閥芯不發生轉動，所述閥門保持關閉狀態。所以我們稱所述扇形齒輪在 狀態二、狀態三以及狀態二和狀態三之間任一中間狀態中所處的相位為關位。參照圖20，所述狀態四代表打開閥門的準備動作的完成。具體的說，閥門關 閉，電動機停止運轉后，所述扇形齒輪處于關位。當需要打開閥門時，起動電動機反 轉，次低速齒輪逆時針轉動，扇形齒輪在扭轉彈簧下臂作用下隨次低速齒輪順時針轉 動。當所述扇形齒輪上設置的扇形槽的逆時針側側邊貼緊閥桿上的扇形凸塊，所述扇形 齒輪即已作好打開閥門的準備工作。此時，所述扇形齒輪已經與次低速齒輪實現嚙合； 而所述扭轉彈簧下臂也即將觸及下限位柱，將失去對扇開齒輪的作用。所述扇形齒輪此 時所處相位，可以稱之為開閥起步位。如繼續轉動，所述扇形齒輪將開始帶動閥桿及閥 芯打開閥門。參照圖21、22，所述狀態五、六代表打開閥門的任務已經完成。所述扇形齒輪 打開閥門的過程與關閥過程相比基本相同。不同的是各活動部件的活動方向剛好相反。 所述扇形齒輪順時針轉動，當其逆時針側端齒由次低速齒輪的某一齒牙的齒項第一次推 出次低速齒輪的齒頂圓范圍，扇形齒在次低速齒輪上方脫位，所述閥桿及閥芯順時針轉 動達到極限，其狀態如圖21所示。此時閥門已完全打開。當所述次低速齒輪上頂推扇形 齒輪端齒的齒牙轉過扇形齒輪的端齒，所述扇形齒輪在扭轉彈簧的作用下逆時針回動， 其端齒撞向次低速齒輪的下一個齒牙，其狀態如圖22所示。在電動機停止運轉前，所述 扇形齒輪將在狀態五和狀態六之間變換。所述扇形齒輪在狀態五、狀態六以及狀態五和 狀態六之間任一中間狀態中所處的相位，可以稱之為開位。參照圖23、24，電控閥在正常使用中，大部分時間閥門都處理打開或關閉狀 態，此時，所述扇形齒輪處于開位或關位，為更直觀的展現這兩種工作狀態，在此提供了這兩種狀態下傳動機構的透視效果圖。參照圖25，本例中，所述扇形齒輪11通過軸孔松配合套裝在所述閥桿8上端， 所述扇形齒輪的軸孔外圓周向設有一滑槽35，所述閥桿上設有凸塊34，所述凸塊34可在 所述滑槽35內沿圓周滑動。參照圖26，本例中，所述扇形齒輪11的軸孔為弓形，所述閥桿8上端的軸肩槽 截面也為弓形，所述扇形齒輪的弓形軸孔的圓弧角k大于所述閥桿8上端軸肩的弓形槽截 面的圓弧角ζ。兩者的差角即為所述扇形齒輪相對于閥桿的自由轉動角rl。應該注意到的是，以上例舉的兩大實施例以及具體部件的各種具體實施方式
， 僅是本實用新型第一方案及改進方案的一種具體表現形式，而本實用新型所涉及的技術 內容絕不僅限于此。在本實用新型兩個方案的指導下，所能做出的其它任何具體實施 例，均在本實用新型保護范圍之內。
權利要求1.一種可脫位復位的電控閥齒輪傳動機構，所述電控閥包括電動機(6)、齒輪傳動機 構、閥桿(8)和閥芯(9)，所述齒輪傳動機構包括減速齒輪組(5)，所述減速齒輪組(5) 的低速端齒輪(7)裝配在所述閥桿⑶上，其特征在于，所述減速齒輪組(5)的低速端齒 輪(7)為扇形齒輪(11)，當所述扇形齒輪(11)分別在次低速齒輪(10)的兩側脫位時，所 述閥芯正好處于打開和關閉狀態，所述齒輪傳動機構還包括使脫位的扇形齒輪(11)復位 的回轉驅動機構。
2.根據權利要求1所述的可脫位復位的電控閥齒輪傳動機構，其特征在于，所述扇形 齒輪(11)固定裝配在所述閥桿(8)上，所述扇形齒輪(11)相對于次低速齒輪(10)的有 效嚙合轉角(R)等于所述閥桿的開、關相位差角(Q)。
3.根據權利要求1所述的可脫位復位的電控閥齒輪傳動機構，其特征在于，所述扇 形齒輪相對于所述閥桿具有一個自由轉動角(rl)，所述扇形齒輪(11)相對于次低速齒輪 (10)的有效嚙合轉角(Rl)等于所述閥桿的開、關相位差角(Q)與所述自由轉動角(rl) 之和。
4.根據權利要求3所述的可脫位復位的電控閥齒輪傳動機構，其特征在于，所述扇 形齒輪(11)通過軸孔(33)松配合套裝在所述閥桿(8)上端，所述軸孔(33)的圓周上開 有與所述軸孔同心的扇形槽(31)，所述閥桿上端設有與所述扇形槽(31)配合的扇形凸塊 (32)，所述扇形槽(31)的扇形角與所述扇形凸塊(32)的扇形角之差等于所述自由轉動角 (rl)。
5.根據權利要求4所述的可脫位復位的電控閥齒輪傳動機構，其特征在于，所述的扇 形槽(31)和所述扇形凸塊(32)均為兩個，且依圓心對稱設置。
6.根據權利要求1所述的可脫位復位的電控閥齒輪傳動機構，其特征在于，所述回轉 驅動機構為一扭轉彈簧(26)，所述扭轉彈簧(26)的兩臂末端(28、29)分別對應所述扇形 齒輪(11)的兩側邊。
7.根據權利要求1所述的可脫位復位的電控閥齒輪傳動機構，其特征在于，所述回轉 驅動機構為分別對應所述扇形齒輪(U)兩側邊的兩個彈片(14)。
8.根據權利要求1所述的可脫位復位的電控閥齒輪傳動機構，其特征在于，所述回轉 驅動機構為一拉簧(20)，所述拉簧的一端(18)位于所述扇形齒輪圓心與次低速齒輪圓心 的連線(19)上，另一端(21)位于所述扇形齒輪的扇形角中線(23)上。
9.根據權利要求1-8任一項所述的可脫位復位的電控閥齒輪傳動機構，其特征在于， 所述減速齒輪組的齒輪材料為塑料。
10.根據權利要求1-8任一項所述的可脫位復位的電控閥齒輪傳動機構，其特征在 于，所述電控閥為球閥。
專利摘要本實用新型屬于閥門技術領域，公開了一種應用于電控閥的齒輪傳動機構，包括減速齒輪組，所述減速齒輪組低速端齒輪裝配在閥桿上。其特征在于，所述減速齒輪組的低速端齒輪為扇形齒輪，另外所述齒輪傳動機構還包括一使脫位的扇形齒輪復位的回轉驅動機構。本實用新型通過對低速端齒輪的形狀改變實現了傳動機構在適當時候的斷開，有效的避免了電動機堵轉問題。從而解決了電動機堵轉所直接帶來的電動機燒毀、齒牙壓斷等問題。而更重要的是，這種改進結構給塑料齒輪的應用提供了可能。這不僅可以直接降低齒輪組材料自身成本，塑料齒輪的加工成本與金屬齒輪相比也顯著降低。
文檔編號F16K5/06GK201802947SQ20092029461
公開日2011年4月20日 申請日期2009年12月21日 優先權日2009年12月21日
發明者阮迪榮 申請人:阮迪榮