一种新型延时系统的设计与分析*

重庆科技学院 机械与动力工程学院 重庆 401331

引言

目前，定时器的种类多种多样，它们无一不在各行各业中扮演着重要的角色，实现各种人们特定的功能，满足人们的需求。其中，机械发条式定时器在各类型电器设备中应用最为广泛，其原理一般都是根据上弦钟表设计而来，此类定时器结构简单，成本低廉，且它的时间控制精度也能基本满足人们的要求，是人们为实现定时功能的首选。文章根据上述延时器的特性，设计出两种均以薄型钢制发条作为动力驱动源的机械式小型延时触发装置，分别做如下介绍。

1 一种基于风力阻尼的机械延时系统

国内外对于机械式装置的延时方案做了大量的系统性研究，并且有了较为成熟的技术基础，文章根据自身所学知识首先介绍一种风力阻尼延时机构，其延时机构主要由动力部分、传动部分、阻尼器部分等组成[1]。

动力部分的平面涡卷弹簧与旋转轴勾连，旋转轴与一级齿轮之间存在一个棘轮机构，使得平面涡卷弹簧蓄能时，旋转轴与平面涡卷弹簧转动而一级齿轮不会转动，平面涡卷弹簧释放能量时，旋转轴与一级齿轮一同转动。

传动部分的作用是传递动力，并且选用了传动比稳定、传动比范围广、传动距离较近、效率较高、工作可靠性高的齿轮传动机构。主要作用是进行加速，使得末端阻尼器高速旋转，以产生足够的阻力。为了使整个传动系统传动可靠稳定、加工简单，大部分传动过程采用平行轴间直齿传动。阻尼器部分的作用是使平面涡卷弹簧释放的速度减缓，是此装置延时机构的执行末端，产生的原理是通过阻尼器转动产生风力力矩。

经试验，风力阻尼器延时机构在短时（5s-15s）延时的范围内较为稳定，且锁扣机构中分离锁扣的力也更大，该阻尼器延时机构由平面涡卷弹簧作为动力源，经多级齿轮传动进行加速，末端为风力阻尼器，其高速旋转，产生一定的阻力延缓了平面涡卷弹簧的释放，从而达到了延时的功能。

2 一种基于小孔节流原理的气压延时系统

气体延时的应用也十分广泛，例如一种常见的自动灭火系统，其自动灭火系统探测器与微控制单元连接，微控制单元接收到探测器的信号，并可控制气动装置。有些灭火系统需要较高的灵敏度，需要迅速的反应，立即灭火。而有的灭火系统需要有一定的时间延时，这就需要相应的时间延时装置[2-4]。

文章设计的第二种延时系统为一种基于小孔节流原理的气压延时系统，此延时机构主要由平面涡卷弹簧、发条盒、旋转轴、棘轮、齿轮齿条、气囊、气囊盒等组成，其工作原理与工作过程如下。

工作原理：平面涡卷弹簧释放能量，经棘轮机构传递到主齿轮，在经齿轮齿条机构传递到气囊处，气囊口开有小孔，利用小孔节流原理，由于气囊中气压压强降低，受到大气压的压力，使得气囊中气体的排出速度受到限制，故而产生了延时的效果。此延时机构即利用此原理，在延时机构的执行末端推动气囊，产生阻力，其设计原理如图1所示。

图1 小孔节流延时机构原理图

工作过程：首先动力部分仍采用平面涡卷弹簧，通过棘轮棘齿机构，释放发条能量单向带动齿条推动气囊，气囊中的空气从小孔排出，产生小孔节流现象，形成压强差，大气便会从图中左侧向右侧施加压力，产生阻力，使发条弹簧的释放速度减慢[5-7]。

3 结束语

文章根据自身所学，结合工程实际问题，对定时延时领域做了分析与调研，设计出两种新型延时系统，并对它们的结构组成、工作原理及主要创新点做了相应的分析与总结。两种新型延时系统均以薄型钢制发条作为动力驱动源，且均能够输出较大的扭矩，实现了在不使用任何外部电源的情况下，短期延时并触发其他效果的功能，为其他延时系统的设计与研发做出了相应的参考价值。