一种可脱位复位的电控阀齿轮传动机构的制作方法

专利名称：一种可脱位复位的电控阀齿轮传动机构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于阀门技术领域，涉及一种电控式阀门，具体的说是一种应用于 电控阀的齿轮传动机构。
背景技术：
随着科学的发展，电控式自动阀门开始被广泛应用在生产生活中。在现有技术 中，电控阀一般包括电动机、减速齿轮组、阀体、阀杆及阀芯，所述减速齿轮组的低速 端齿轮装配在所述阀杆上，或者直接将所述阀杆制作成齿轮轴。所述电动机通过减速齿 轮组控制阀芯的开关，所述电动机由控制电路控制开停及正反转。在理想状态下，理论上是可以通过精确的计算，设定精准的电动机供电时间以 实现，在阀芯刚好完全关闭阀门时电动机停转。然而，现实中，由于传动过程中存在多 级齿轮传动误差，同时受电动机的起动增速过程转速变动、以及电动机停止时的转动惯 性等因素的影响，很难实现对阀芯的精确控制。即便是通过高科技手断实现了电动机工 作时间的精确设定，由于齿轮组在工作中产生磨损，使用一段时间后，也同样会导致阀 芯不能完全关闭阀门的现像。对于这个现实存在的问题，现有技术中的解决办法是，设定更长的电动机工作 时间。使电动机在阀芯理论上已关闭阀门后继续工作一段时间，以便保证阀芯实际上关 闭阀门。这种解决办法仅管在一定程度内解决了问题，但是，也存在着至少一个关键问 题，即当阀芯停转后电动机会被迫停转。此时，一方面，由于控制电路仍在对电动机供 电，在电动机线圈内将产生相当于正常电流的四倍以上的堵转电流，线圈大量发热，容 易烧毁电机；另一方面，由于电动机堵转时，齿轮组的啮合齿上承受着很大的压力，在 低速端齿轮上表现尤为明显。为了避免齿轮强度不足，导致齿牙损坏。人们在电控阀 中，只能采用金属的高强度齿轮。然而，由于金属齿轮复杂的加工装配过程，以及近 年，随着矿产资源减少，金属材料的俞加贵重。金属齿轮的使用却带来了很严重的高成 本问题。解决上述因电动机堵转所带来的问题，可以分别从以下三个角度出发第一，针对电动机。尽可能使用小功率电动机以有效减小电动机堵转时的堵转 电流。但是当阀芯或阀杆因灰尘杂质被阻碍时，有可能出现假关闭现象。而且即便使用 的电动机功率很小，堵转时，低速端齿轮齿牙一样承受着非金属齿轮无法承受的重荷。第二，针对传动机构。从传动机构的结构上着手，设计一种特别结构，当实现 阀门打开或关闭后，传动机构的某一部件脱离岗位，使传动线路断开。这样电动机就不 会因为阀芯的停止而堵转，齿轮组的齿轮也不再承受过大压力。但是如何实现这传动线 路的适时断开，又在需要的时候联通，是一个难题，而且针对于不同的阀芯结构，实现 的方式将各不相同。第三，针对阀芯。通过在阀芯或阀杆处设置阀芯开关检测装置，由阀芯开关检 测装置配合控制电路直接控制电动机通断电。当阀芯完全打开或关闭时，检测装置发出信号，由控制电路直接停止对电动机供电。这种解决问题的方式不足之处在于结构复 杂，且成本增高。
发明内容针对现有技术中存在的上述缺点，本实用新型从改进传动机构的角度出发，针 对现有电控阀的减速齿轮组提供了一种改进结构，当阀门打开或关闭后可从齿轮组低速 端断开动力的传递，进而解决电动机堵转的问题，实现对电动机和齿轮组的保护。为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是一种可脱位复位的电控阀 齿轮传动机构，所述电控阀包括电动机、齿轮传动机构、阀杆和阀芯，所述齿轮传动机 构包括减速齿轮组，所述减速齿轮组的低速端齿轮装配在所述阀杆上，其特征在于，所 述减速齿轮组的低速端齿轮为扇形齿轮，并且，当所述扇形齿轮分别在次低速齿轮的两 侧脱位时，所述阀芯正好处于打开和关闭状态；另外，所述齿轮传动机构还包括使脱位 的扇形齿轮复位的回转驱动机构，当所述扇形齿轮在某一侧与次低速齿轮脱离啮合后， 至少在次低速齿轮开始反转时，所述回转驱动机构可促使扇形齿轮回转并与次低速齿轮 重新啮合。上述技术方案是对现有技术中减速齿轮组的低速端齿轮进行的改进，将低速端 齿轮改进为具有有限啮合角的扇形齿轮。当阀门关闭或打开后，所述扇形齿轮因已转过 有效啮合转角而在次低速齿轮一侧脱位，即与次低速齿轮脱离啮合。此时，电动机与阀 杆之间的联动断开，电动机可自由运转，而不会因为阀芯的停转而堵转。当需要打开或 关闭阀门时，控制电路控制电动机反转。当次低速齿轮开始反转，扇形齿轮在回转驱动 机构作用下回转复位，即与次低速齿轮重新啮合。然后扇形齿轮在次低速齿轮的驱动下 打开或关闭阀门。当打开或关闭阀门后，所述扇形齿轮反方向转过有效啮合转角，在次 低速齿轮的另一侧再一次脱位。显然，上述技术方案通过对低速端齿轮的形状改变实现了齿轮传动机构在适当 时候的断开传动，而回转驱动机构的设置又实现了传动机构在需要时候的重新实现联 动。最终有效的避免了电动机堵转问题。从而解决了电动机堵转所直接带来的电动机 烧毁、齿牙压断等问题。而更重要的是，这种改进结构给塑料齿轮的应用提供了条件。 这不仅可以直接降低齿轮组的材料成本，塑料齿轮的加工成本与金属齿轮相比也显著降 低。可以说这种改进是电控阀领域的一次变革。在上述技术方案中，所述扇形齿轮的回转驱动机构的作用在于当扇形齿轮在次 低速齿轮某一侧脱位后，在需要变换阀芯状态时，使扇形齿轮回转复位，即与反转的次 低速齿轮重新啮合。目的是使适当时候断开传动的传动机构在需要的时候重新联动。基 于这种目的，不难想到，所述回转驱动机构应当包括两个相同的驱动部件，或者仅包括 一个驱动部件，但包括两个驱动部位，以分别负责所述扇形齿轮在次低速齿轮的两则脱 位时回转驱动，或者是一个部件，但具有双向驱动的功能。所述驱动部件可以是弹簧、 弹片、或者其它任何可以产生顶推、牵拉或扭转作用的部件或机构。所述回转驱动机构 应当保证至少在次低速齿轮开始反转时发生作用。根据发生作用的机制，所述扇形齿轮的回转驱动机构可以分为两种一种是在 需要时即时发生作用的机构，比如由次低速齿轮的回转而触发其动作的机构。这种机构结构上相对要复杂，至少要包括触发部件和使扇形齿轮回转的执行部件，所述触发部件 可以是机械部件，也可以是一种具有检测功能的电子元件。当然复杂的结构增加的不仅 是材料成本，加工成本，也给拆装带来麻烦，所以除非在非常高档的设备中，一般不建 议采用这种回转驱动机构。另一种是持续作用的机构，比如可发生弹性变形的弹性部 件，当所述扇形齿轮与次低速齿轮即将脱离啮合前的一定转角内，所述扇形齿轮开始作 用在弹性部件上使之发生弹性变形。从所述扇形齿轮接触到所述弹性部件开始，至所述 扇形齿轮回转并脱离所述弹性部件期间，所述弹性部件持续对所述扇形齿轮发生作用。 这个期间包括扇形齿轮与弹性部件接后至扇形齿轮脱位期间、所述扇形齿轮脱位后次低 速齿轮继续转动期间、电动机停转后保持阀芯状态期间、次低速齿轮回转后至所述扇形 齿轮脱离弹性部件前的期间。持续作用式回转驱动部件相对简单，安装方便，只需将弹 性部件一端或某一部分装配在适当的位置即可。但在所述扇形齿轮脱位后次低速齿轮继 续转动期间，将会具有齿轮相互撞击的噪声。本实用新型的齿轮传动机构，按所述扇形齿轮在阀杆上的装配形式可以分两种 方案。第一种方案是将扇形齿轮固定装配在所述阀杆上的普通方案，而另一种方案中所 述扇形齿轮采用非固定式装配形式，是在第一种方案的基础上做出的改进方案。在第一种方案中，所述扇形齿轮相对于次低速齿轮的有效啮合转角等于所述阀 杆的开、关相位差角。其中，所述阀杆的开、关相位差角是指所述阀芯在开和关两种状 态间变换时所述阀杆的转动角；所述有效啮合转角是指从扇形齿轮一侧端齿转入次低速 齿轮的齿顶圆范围开始至其另一侧端齿转出次低速齿轮的齿顶圆范围的过程中所述扇形 齿轮转过的角度。在本方案中，由于阀芯、阀杆与扇形齿轮始终联动，因此，若实现扇形齿轮脱 离次低速齿轮后回转，回转驱动机构对扇形齿轮产生的转矩必段大于阀芯及阀杆阻力对 扇形齿轮产生的反方向转矩。这一条件决定了必须使用强度更大的驱动部件，其间接效 果是成本的增加。另外，如果采用持续作用式回转驱动机构，由于回转驱动机构在扇形 齿轮与次低速齿轮脱离啮合前已开始对所述扇形齿轮产生回转作用，从回转驱动机构开 始对扇形齿轮产生作用时起至最后扇形齿轮相对于次低速齿轮脱位的一段时间内，所述 次低速齿轮不仅需要克服阀杆及阀芯的阻力带来的反向转矩，同时必须克服回转驱动机 构产生的反向转矩。结合前面所讲的所述回转驱动机构对扇形齿轮产生的转矩需要满足 的条件可知，当采用持续作用式回转驱动机构时，必须使用常用电动机功率两倍以上的 电动机方能使电控阀正常工作。这不仅会增加电能的损耗，也同样又增加了电动机的成 本。在某些应用电控阀的设备，如煤气表中，需要在电池没电时将阀门关闭。因 此，一般会在控制电路中设置电容一类的储能元件，电池有电时会对其充电，当电池电 量用完时，储能元件利用其储存的电能起动电动机将电控阀关闭。当不得不使用大功率 电动机时，在这些设备中同样也不得不使用更大容量的储能元件。无疑这又增加了成 本。针对第一种方案中的上述的不足，本发明在第一种方案的基础上又作出了改 进，提出了下面一种改进方案。这一改进方案和第一种方案基本相同，也是采用扇形齿轮做为低速端齿轮，所不同之处在于，所述扇形齿轮非直接固定在所述阀杆上，而是在阀杆上可自由转动一个 角度，此自由转动角足以保证在所述扇形齿轮重新与次低速齿啮合前，所述扇形齿轮与 阀杆不联动。这样改进方案的优点在于，在实现扇形齿轮复位过程中，所述回转驱动机构不 需要克服阀杆及阀芯阻力，而只需推动扇形齿轮自身发生旋转即可。由于扇形齿轮自身 存在的阻力与阀杆及阀芯阻力相比微乎其微，因此本改进方案中可以选用回转力很小的 回转驱动机构，比如细小的弹簧或很薄弱的弹片。相比于第一种方案，本方案具有更广 的适用范围，并可以有效节约成本。而更重要的是，在本改进方案中，可以按现有技术 中的常规标准选用电动机，而不会因为回转驱动机构的设置而去考虑采用更大功率的电 动机。同理，当其应用在煤气表等设备中，相对较小容量的储能元件也完全可以关闭阀 门。这里需要注意的是，在本改进方案中，由于自由转动角的存在，如果所述扇形 齿轮相对于次低速齿轮的有效啮合转角仍等于所述阀杆的开、关相位差角，是不能实现 阀门的完全开关的。在本改进方案中，所述的有效啮合转角应该等于所述阀杆的开、关 相位差角与自由转动角之和。所述扇形齿轮相对于阀杆的自由转动角可以通过很多种装配结构实现。大体上 可以分两类，第一类是针对于轴与孔的配合结构，比如弓形轴肩配合同心弓形轴孔，而 孔的圆弧角大于轴的圆弧角。举例来说，所述阀杆上端为弓形轴肩，所述扇形齿轮的圆 心设与之配合的弓形轴孔。第二类是附加限位结构，这一类中最典型的结构是凸块与滑 槽的配合。比如，将所述扇形齿轮松配合套装在所述阀杆上，同时在所述阀杆和扇形齿 轮上分别设置相互配合的限位结构。具体的说，在阀杆上设置限位凸块，而扇形齿轮上 设置与所述限位凸块相配合的沿周向延展的限位滑槽，所述限位凸块在所述限位滑槽中 的滑动范围即是扇形齿轮的自由转动范围。总而言之，不论采用何种装配结构实现扇形 齿轮的自由转角，均需要满足以下条件其一，所述扇形齿轮在所述阀杆上可转动，其 二，所述扇形齿轮在所述阀杆上的可转动角度有限。当然，也可以从所述阀杆与阀芯之间的装配结构上进行改进，使阀杆相对于阀 芯可自由转动一个角度。这种改进可以在一定程度上减小了回转驱动机构的负担，但是 回转驱动机构仍需克服阀杆与密封件之间的摩擦阻力。效果与上述改进方案相比欠佳。通过以上描述可知，本实用新型的齿轮传动机构，主要适用于转动阀芯式电控 阀门，也适用于阀杆开、关相位差角小于360度的移动阀芯式电控阀门。

图1为常见电控阀的外部结构示意图。图2为常见电控阀的内部结构示意图。图3为本实用新型的第一方案的一种具体实施方式
结构示意图。图4为本实用新型中弹片式回转驱动机构装配关系示意图。图5为本实用新型中拉簧式回转驱动机构装配关系示意图。图6为本实用新型中扭簧式回转驱动机构装配关系示意图。图7为图6的右视图的顺时针90度旋转视图。[0033]图8为扭簧式回转驱动机构在齿轮箱上盖板上的固定结构示意图。图9为图8中圈A部分放大图。图10为本实用新型第一方案中开始关闭阀门时扇形齿轮复位状态示意图。图11为本实用新型第一方案中扇形齿轮处于关位状态示意图。图12为本实用新型第一方案中开始打开阀门时扇形齿轮复位状态示意图。图13为本实用新型第一方案中扇形齿轮处于开位状态示意图。图14为本实用新型齿轮传动机构中扇形齿轮脱位后的摆动状态示意图。图15为本实用新型改进方案的一种具体实施方式
结构示意图。图16为本实用新型改进方案中扇形齿轮与阀杆装配关系示意图。图17为本实用新型改进方案中扇形齿轮处于关阀起步位状态示意图。图18为本实用新型改进方案中扇形齿轮处于关位中一种极限状态示意图。图19为本实用新型改进方案中扇形齿轮处于关位中另一种极限状态示意图。图20为本实用新型改进方案中扇形齿轮处于开阀起步位状态示意图。图21为本实用新型改进方案中扇形齿轮处于开位中一种极限状态示意图。图22为本实用新型改进方案中扇形齿轮处于开位中另一种极限状态示意图。图23为本实用新型改进方案中扇形齿轮处于开位状态下的透视效果图。图24为本实用新型改进方案中扇形齿轮处于关位状态下的透视效果图。图25为凸块配合滑槽实现扇形齿轮自由转动角的装配结构示意图。图26为弓形轴孔配合弓形轴实现扇形齿轮自由转角的装配结构示意图。
具体实施方式
下面以电控球阀为例，例举两种相对优选的实施方案，并结合附图具体说明本 实用新型的两大方案如何实现传动机构的脱位和复位功能的。参照图1、2，在现有技术中，常见电控球阀主要包括电动机6、减速齿轮组5、 阀体4、阀杆8、和阀芯9五大结构组成，其中所述电动机6和减速齿轮组5分别设置在 电动机箱2和齿轮箱1内。所述电动机6通过导线3与控制电路连接，并由控制电路控 制其转、停以及转动方向。所述减速齿轮组5的高速端齿轮安装在电动机输出轴上，所 述减速齿轮组5的低速端齿轮7装配在阀杆8上。所述电动机6的转矩经过减速齿轮组 逐级增加力臂后，以低转速形式传给阀杆8，由阀杆8带动阀芯9转动开、关阀门。参照图3，在本实用新型的电控阀中，所述减速齿轮组5的低速端齿轮为扇形齿 轮11，并且，所述扇形齿轮11相对于次低速齿轮10的有效啮合转角R等于所述阀杆8的 开、关相位差，也就是说，由于阀芯9与扇形齿轮11通过阀杆8联动，随着所述扇形齿 轮11从图中虚线所示的开位转到实线所示的关位，所述阀芯9刚好从打开阀门的状态转 动至关闭阀门状态，反之亦然。不难想到，在本实用新型中，除了所述扇形齿轮的有效 啮合角R需等于所述阀芯9的开关相位差角外，所述扇形齿轮11在阀杆8的周向上的装 配位置也必须与所述阀芯9对应。其对应关系是，当扇形齿轮11处于图中虚线所示的开 位时所述阀芯9正好处于打开状态，而当扇形齿轮11处于图中实线所示的开位时所述阀 芯9正好处于关闭状态。为使脱位的扇形齿轮在需要打开或关闭阀门时自动复位，本图中给出了持续作 用式回转驱动机构的一种具体实现方式。通过分别对应所述扇形齿轮11两侧边的两个回转弹片14分别推动在次低速齿轮10两侧脱位的扇形齿轮11复位。所述回转弹片14的 两端分别为固定端15和作用端13，所述固定端15固定在齿轮箱底板16上，所述作用端 13对应所述扇形齿轮的侧边12，并且在自然状态下位于所述扇形齿轮11的转动路径的 边界以内。所述扇形齿轮11由次低速齿轮10驱动时，在其侧边到达边界前，其侧边12 即已开始抵压回转弹片作用端13使回转弹片发生弯曲变形，直到所述扇形齿轮11脱位。 当扇形齿轮在脱位状态下，所述回转弹片14始终对所述扇形齿轮保持一个使之回转的推 力。当然所述回转弹片的作用端13不一定要对应在所述扇形齿轮11的侧边。也可以 在扇形齿轮11的上面或下面设置着力凸块或凸柱17来承接回转弹片作用端的推力，如 图4所示。所述作用端13适宜设置一圆弧弯角，以减小作用端与扇形齿轮侧边的摩擦阻 力。所述固定端15的固定方式都可以有多种，比较简单的方式是采用螺钉固定，如本图 所示，或者通过与固定端形状相匹配的卡槽固定。弹片式回转驱动机构特点在于回转 可靠性高，可以根据回转阻力大小，自由地选择不同厚度的弹片，适用范围极广。参照图5，该图给出了一种拉簧式回转驱动机构的具体实现方案，本例中，所述 回转驱动机构为一根拉簧20，其两端分别安装在齿轮箱底板和扇形齿轮上，可分别称为 固定端和作用端。其中，固定端18安装位置适宜设在所述扇形齿轮圆心与次低速齿轮圆 心的连线19上。根据拉簧的性质，所述拉簧的固定端18位置以尽可能远离所述扇形齿 轮转动轴心22为优。所述拉簧的作用端21的安装位置适宜设在所述扇形齿轮的中线23 上，并以尽可能靠近扇形齿轮转动轴心22为优。拉簧式回转驱动机构的优点是仅一个部 件即可实现扇形齿轮的双侧复位；图6、图7所示的是一种扭簧式回转驱动机构的具体实现方案，图中所示的扭转 弹簧26同轴设置在所述扇形齿轮11上方，其两臂25、27的末端为分别从两个方向扭转 扇形齿轮的两个作用端28、29，本图中所述作用端向下弯折，正常状态下，所述扭转弹 簧26由分别对应其两臂的两个限位柱24涨紧，所述扭转弹簧的作用端分别位于所述扇形 齿轮11的转动路径的两侧边界内，并且在平面内对应所述扇形齿轮的侧边12。所述扭转 弹簧26可以根据低速端齿轮装配位置的高低设置在齿轮箱底板16或上盖板30上。本图 中以设置在上盖板30上为例，图8、图9具体展示了其在上盖板30上的装配状态。扭簧 式回转驱动机构特点在于除兼具弹片式及拉簧式回转驱动机构的优点外，还具有装配 简便的优点，只需套入相应位置即可。参照图10-13，该四图以扭转弹簧为例分四个步骤说明本实用新型第一方案所述 的传动机构的脱位复位工作过程。第一步，假设阀门处于打开状态，所述扇形齿轮在次 低速齿轮上方脱位，我们将此时所述扇形齿轮所处相位称之为开位，现欲关闭阀门，因 此正向起动电动机，次低速齿轮顺时针转动。所述扇形齿轮在回转扭簧上臂作用下带动 阀杆及阀芯逆时针转动并与次低速齿轮实现啮合，如图10所示。第二步，所述扇形齿轮 在次低速齿轮的带动下逆时针转过角度R后在次低速齿轮下方脱位，即与次低速齿轮脱 离啮合，此时所述扇形齿轮所处相位称之为关位。此时，所述阀芯关闭，所述扭转弹簧 的下臂已被扇形齿轮推离限位柱。在扭转弹簧的作用下，所述扇形齿轮顺时针侧端齿压 向次低速齿轮。如图11所示。为了确保阀芯彻底关闭，继续对电动机供电一断时间后， 电动机断电停转。第三步，当需要打开阀门时，反向起动电动机，次低速齿轮逆时针反 转，所述扇形齿轮在扭簧下臂作用下顺时针转动并与次低速齿轮重新啮合，所述阀杆及阀芯随扇形齿轮转动开始打开阀门，如图12所示。第四步，所述扇形齿轮在次低速齿轮 反转带动下顺时针转过角度R后进入开位。此时，所述阀芯打开，所述扭转弹簧的上臂 已被扇形齿轮推离限位柱。在扭转弹簧的作用下，所述扇形齿轮逆时针侧端齿压向次低 速齿轮，以准备下次关闭阀门，如图13所示。为了确保阀芯完全打开，继续对电动机供 电一断时间后，电动机断电停转。参照图14，根据前面的描述可知，当采用持续作用式回转驱动机构时，所述 扇形齿轮在次低速齿轮某一侧脱位后，扇形齿轮在回转驱动机构的作用下压向次低速齿 轮，在次低速齿轮外圆的支撑下保持关位或开位。但是次低速齿轮的的外圆是高低不平 的齿牙而并非光滑的圆弧，也就是说，所述扇形齿轮的开位或关位并不是一个确定相位 角，而是在一个角度范围r内不断变动的角度域。在这种情况下，设计阀门时，应当保 证阀芯在关闭阀门的状态下具有一个其值不小于r的转动余角，在这转动余角范围内阀芯 所处的任何相位均可以关闭阀门。图15-24是本发明齿轮传动机构改进方案的具体实现方式，该方案改进了第一 方案中阀杆、阀芯阻力限制回转驱动机构及电动机的选用的缺陷，也解决了扇形齿轮开 关位变动影响阀芯的精确关闭阀门的问题。以下各图中所述回转驱动装置均以扭转弹簧 为例。参照图15，所述扇形齿轮11通过轴孔33套装在所述阀杆8上端的轴肩上，所 述轴孔33与所述轴肩松配合。所述轴孔的圆周上设有一对依圆心对称的扇形槽31，所 述扇形槽31的扇形圆心与所述轴孔33同心。所述轴肩上设有两个分别对应两个扇形槽 31并与之配合的扇形凸块32。所述扇形槽31的扇形角大于所述扇形凸块32的扇形角。 两者之间的差角rl正是所述扇形齿轮相对于阀杆的自由转动角。因此在本图例中，所述 扇形齿轮相对于次低速齿轮10的有效啮合转角Rl等于阀杆开关相位差角加上所述扇形槽 31与所述扇形凸块32的扇形角之差rl。在此我们以字母Q代表阀杆开关相位差角，上 述关系则可以用公式表达为Rl = rl+Q。在本实施方式中，如果所述扇形槽不穿透整个扇形齿轮的厚度，则所述轴孔33 在一定厚度内具有完整的圆周，这样有利于提高扇形齿轮在阀杆的装配稳定性。同时也 增加了扇形齿轮的强度，如图16所示。图17-22按动作先后顺序说明了相对于阀芯具有自由转动角的扇形齿轮装配方 案的工作方式。该六幅图分别展示了在这一改进方案中扇形齿轮的六个重要工作状态。 按图的先后顺序，我们依次称之为状态一至状态六。其中状态二、三是阀门关闭时扇形 齿轮的两种极限状态，状态五、六为阀门打开时扇形齿轮的两种极限状态。在该六幅图 中，所述扇形齿轮的限位结构选择扇形槽形式，因此在图中对扇形齿轮做了部分剖切画 法。参照图17，所述状态一代表关闭阀门的准备动作的完成。具体的说，在阀门处 于打开状态下，欲将其关闭，由控制电路起动电动机正转，次低速齿轮顺时针转动，扇 形齿轮在扭转弹簧上臂作用下随次低速齿轮逆时针转动。当所述扇形齿轮上设置的扇形 槽的顺时针侧侧边贴紧阀杆上的扇形凸块，如继续转动，所述扇形齿轮将开始带动阀杆 及阀芯转动。也就是说，此时，所述扇形齿轮已作好关闭阀门的准备工作。此时，所述 扇形齿轮已经与次低速齿轮实现啮合；而所述扭转弹簧上臂也即将触及上限位柱，将失去对扇开齿轮的作用。此时所述扇形齿轮所处相位，我们可以称之为关阀起步位。在所述扇形齿轮做准备工作的过程中，所述扇形齿轮相对于阀杆及阀芯始终处 于自由转动状态。换句话说，在扇形齿轮实现复位前，所述阀杆及阀芯的阻力对扭转弹 簧不起作用，所述扭转弹簧的回转力仅需克服扇形齿轮自身重力产生的惯性及扇形齿轮 与阀杆之间的摩擦阻力即可。而这些阻力是相当微弱的。参照图18、19，所述状态二、三代表关闭阀门的任务已经完成。具体的说，当 关闭阀门的准备工作完成后，电动机继续运转，所述扇形齿轮在低速齿轮逆时针转动的驱动下带动阀杆及阀芯逐渐关闭阀门。当扇形齿轮逆时针转动至其顺时 针侧端齿由次低速齿轮的某一齿牙的齿项第一次推出次低速齿轮的齿顶圆范围，所述扇 形齿轮在次低速齿轮下方脱位，阀杆及阀芯逆时针方向转动达到极限，其状态如图18所 示。根据Rl =rl+Q，可知，此时所述阀芯已彻低关闭。此时，所述扇形齿轮已在次低 速齿轮作用下将扭转弹簧的下臂推离下限位柱，扭转弹簧的扭转力通过其端部全部作用 在扇形齿轮上。为确保阀门确实已关闭，控制电路将对电动机继续供电，次低速齿轮继 续顺时针转动，当所述次低速齿轮上顶推扇形齿轮的齿牙脱离扇形齿轮顺时针侧端齿， 所述扇形齿轮在扭转弹簧的作用下顺时针转动，其顺时针侧端齿撞向次低速齿轮的下一 个齿牙，其状态如图19所示。在电动机停止运转前，随着次低速齿轮的每个齿牙依次接 触扇形齿轮的顺时针侧端齿，所述扇形齿轮将在状态二和状态三之间来回变换，呈等频 率摆动状态。因为自由转动角的存在，所述扇形齿轮在状态二和状态三之间来回变换的 过程中，阀杆及阀芯不发生转动，所述阀门保持关闭状态。所以我们称所述扇形齿轮在 状态二、状态三以及状态二和状态三之间任一中间状态中所处的相位为关位。参照图20，所述状态四代表打开阀门的准备动作的完成。具体的说，阀门关 闭，电动机停止运转后，所述扇形齿轮处于关位。当需要打开阀门时，起动电动机反 转，次低速齿轮逆时针转动，扇形齿轮在扭转弹簧下臂作用下随次低速齿轮顺时针转 动。当所述扇形齿轮上设置的扇形槽的逆时针侧侧边贴紧阀杆上的扇形凸块，所述扇形 齿轮即已作好打开阀门的准备工作。此时，所述扇形齿轮已经与次低速齿轮实现啮合； 而所述扭转弹簧下臂也即将触及下限位柱，将失去对扇开齿轮的作用。所述扇形齿轮此 时所处相位，可以称之为开阀起步位。如继续转动，所述扇形齿轮将开始带动阀杆及阀 芯打开阀门。参照图21、22，所述状态五、六代表打开阀门的任务已经完成。所述扇形齿轮 打开阀门的过程与关阀过程相比基本相同。不同的是各活动部件的活动方向刚好相反。 所述扇形齿轮顺时针转动，当其逆时针侧端齿由次低速齿轮的某一齿牙的齿项第一次推 出次低速齿轮的齿顶圆范围，扇形齿在次低速齿轮上方脱位，所述阀杆及阀芯顺时针转 动达到极限，其状态如图21所示。此时阀门已完全打开。当所述次低速齿轮上顶推扇形 齿轮端齿的齿牙转过扇形齿轮的端齿，所述扇形齿轮在扭转弹簧的作用下逆时针回动， 其端齿撞向次低速齿轮的下一个齿牙，其状态如图22所示。在电动机停止运转前，所述 扇形齿轮将在状态五和状态六之间变换。所述扇形齿轮在状态五、状态六以及状态五和 状态六之间任一中间状态中所处的相位，可以称之为开位。参照图23、24，电控阀在正常使用中，大部分时间阀门都处理打开或关闭状 态，此时，所述扇形齿轮处于开位或关位，为更直观的展现这两种工作状态，在此提供了这两种状态下传动机构的透视效果图。参照图25，本例中，所述扇形齿轮11通过轴孔松配合套装在所述阀杆8上端， 所述扇形齿轮的轴孔外圆周向设有一滑槽35，所述阀杆上设有凸块34，所述凸块34可在 所述滑槽35内沿圆周滑动。参照图26，本例中，所述扇形齿轮11的轴孔为弓形，所述阀杆8上端的轴肩槽 截面也为弓形，所述扇形齿轮的弓形轴孔的圆弧角k大于所述阀杆8上端轴肩的弓形槽截 面的圆弧角ζ。两者的差角即为所述扇形齿轮相对于阀杆的自由转动角rl。应该注意到的是，以上例举的两大实施例以及具体部件的各种具体实施方式
， 仅是本实用新型第一方案及改进方案的一种具体表现形式，而本实用新型所涉及的技术 内容绝不仅限于此。在本实用新型两个方案的指导下，所能做出的其它任何具体实施 例，均在本实用新型保护范围之内。
权利要求1.一种可脱位复位的电控阀齿轮传动机构，所述电控阀包括电动机(6)、齿轮传动机 构、阀杆(8)和阀芯(9)，所述齿轮传动机构包括减速齿轮组(5)，所述减速齿轮组(5) 的低速端齿轮(7)装配在所述阀杆⑶上，其特征在于，所述减速齿轮组(5)的低速端齿 轮(7)为扇形齿轮(11)，当所述扇形齿轮(11)分别在次低速齿轮(10)的两侧脱位时，所 述阀芯正好处于打开和关闭状态，所述齿轮传动机构还包括使脱位的扇形齿轮(11)复位 的回转驱动机构。
2.根据权利要求1所述的可脱位复位的电控阀齿轮传动机构，其特征在于，所述扇形 齿轮(11)固定装配在所述阀杆(8)上，所述扇形齿轮(11)相对于次低速齿轮(10)的有 效啮合转角(R)等于所述阀杆的开、关相位差角(Q)。
3.根据权利要求1所述的可脱位复位的电控阀齿轮传动机构，其特征在于，所述扇 形齿轮相对于所述阀杆具有一个自由转动角(rl)，所述扇形齿轮(11)相对于次低速齿轮 (10)的有效啮合转角(Rl)等于所述阀杆的开、关相位差角(Q)与所述自由转动角(rl) 之和。
4.根据权利要求3所述的可脱位复位的电控阀齿轮传动机构，其特征在于，所述扇 形齿轮(11)通过轴孔(33)松配合套装在所述阀杆(8)上端，所述轴孔(33)的圆周上开 有与所述轴孔同心的扇形槽(31)，所述阀杆上端设有与所述扇形槽(31)配合的扇形凸块 (32)，所述扇形槽(31)的扇形角与所述扇形凸块(32)的扇形角之差等于所述自由转动角 (rl)。
5.根据权利要求4所述的可脱位复位的电控阀齿轮传动机构，其特征在于，所述的扇 形槽(31)和所述扇形凸块(32)均为两个，且依圆心对称设置。
6.根据权利要求1所述的可脱位复位的电控阀齿轮传动机构，其特征在于，所述回转 驱动机构为一扭转弹簧(26)，所述扭转弹簧(26)的两臂末端(28、29)分别对应所述扇形 齿轮(11)的两侧边。
7.根据权利要求1所述的可脱位复位的电控阀齿轮传动机构，其特征在于，所述回转 驱动机构为分别对应所述扇形齿轮(U)两侧边的两个弹片(14)。
8.根据权利要求1所述的可脱位复位的电控阀齿轮传动机构，其特征在于，所述回转 驱动机构为一拉簧(20)，所述拉簧的一端(18)位于所述扇形齿轮圆心与次低速齿轮圆心 的连线(19)上，另一端(21)位于所述扇形齿轮的扇形角中线(23)上。
9.根据权利要求1-8任一项所述的可脱位复位的电控阀齿轮传动机构，其特征在于， 所述减速齿轮组的齿轮材料为塑料。
10.根据权利要求1-8任一项所述的可脱位复位的电控阀齿轮传动机构，其特征在 于，所述电控阀为球阀。
专利摘要本实用新型属于阀门技术领域，公开了一种应用于电控阀的齿轮传动机构，包括减速齿轮组，所述减速齿轮组低速端齿轮装配在阀杆上。其特征在于，所述减速齿轮组的低速端齿轮为扇形齿轮，另外所述齿轮传动机构还包括一使脱位的扇形齿轮复位的回转驱动机构。本实用新型通过对低速端齿轮的形状改变实现了传动机构在适当时候的断开，有效的避免了电动机堵转问题。从而解决了电动机堵转所直接带来的电动机烧毁、齿牙压断等问题。而更重要的是，这种改进结构给塑料齿轮的应用提供了可能。这不仅可以直接降低齿轮组材料自身成本，塑料齿轮的加工成本与金属齿轮相比也显著降低。
文档编号F16K5/06GK201802947SQ20092029461
公开日2011年4月20日 申请日期2009年12月21日 优先权日2009年12月21日
发明者阮迪荣 申请人:阮迪荣