一種新型延時系統的設計與分析*

重慶科技學院 機械與動力工程學院 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中扮演著重要的角色，實現各種人們特定的功能，滿足人們的需求。其中，機械發條式定時器在各類型電器設備中應用最為廣泛，其原理一般都是根據上弦鐘表設計而來，此類定時器結構簡單，成本低廉，且它的時間控制精度也能基本滿足人們的要求，是人們為實現定時功能的首選。文章根據上述延時器的特性，設計出兩種均以薄型鋼制發條作為動力驅動源的機械式小型延時觸發裝置，分別做如下介紹。

1 一種基于風力阻尼的機械延時系統

國內外對于機械式裝置的延時方案做了大量的系統性研究，并且有了較為成熟的技術基礎，文章根據自身所學知識首先介紹一種風力阻尼延時機構，其延時機構主要由動力部分、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軸勾連，旋轉軸與一級齒輪之間存在一個棘輪機構，使得平面渦卷彈簧蓄能時，旋轉軸與平面渦卷彈簧轉動而一級齒輪不會轉動，平面渦卷彈簧釋放能量時，旋轉軸與一級齒輪一同轉動。

傳動部分的作用是傳遞動力，并且選用了傳動比穩定、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。主要作用是進行加速，使得末端阻尼器高速旋轉，以產生足夠的阻力。為了使整個傳動系統傳動可靠穩定、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，是此裝置延時機構的執行末端，產生的原理是通過阻尼器轉動產生風力力矩。

經試驗，風力阻尼器延時機構在短時（5s-15s）延時的范圍內較為穩定，且鎖扣機構中分離鎖扣的力也更大，該阻尼器延時機構由平面渦卷彈簧作為動力源，經多級齒輪傳動進行加速，末端為風力阻尼器，其高速旋轉，產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 一種基于小孔節流原理的氣壓延時系統

氣體延時的應用也十分廣泛，例如一種常見的自動滅火系統，其自動滅火系統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。有些滅火系統需要較高的靈敏度，需要迅速的反應，立即滅火。而有的滅火系統需要有一定的時間延時，這就需要相應的時間延時裝置[2-4]。

文章設計的第二種延時系統為一種基于小孔節流原理的氣壓延時系統，此延時機構主要由平面渦卷彈簧、發條盒、旋轉軸、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，經棘輪機構傳遞到主齒輪，在經齒輪齒條機構傳遞到氣囊處，氣囊口開有小孔，利用小孔節流原理，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，故而產生了延時的效果。此延時機構即利用此原理，在延時機構的執行末端推動氣囊，產生阻力，其設計原理如圖1所示。

圖1 小孔節流延時機構原理圖

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，釋放發條能量單向帶動齒條推動氣囊，氣囊中的空氣從小孔排出，產生小孔節流現象，形成壓強差，大氣便會從圖中左側向右側施加壓力，產生阻力，使發條彈簧的釋放速度減慢[5-7]。

3 結束語

文章根據自身所學，結合工程實際問題，對定時延時領域做了分析與調研，設計出兩種新型延時系統，并對它們的結構組成、工作原理及主要創新點做了相應的分析與總結。兩種新型延時系統均以薄型鋼制發條作為動力驅動源，且均能夠輸出較大的扭矩，實現了在不使用任何外部電源的情況下，短期延時并觸發其他效果的功能，為其他延時系統的設計與研發做出了相應的參考價值。