用机械定时器改造成减速齿轮箱

旧的机械定时器是一种在家庭中比较容易找到的东西。普通洗衣机、电风扇等家用电器上就使用了机械定时器。一般的洗衣机上有2只定时器，1只是洗涤定时器，另1只是脱水定时器。台式和落地式电风扇内也有1只定时开关。吊扇的定时开关则在它的墙上控制盒内（高档全自动洗衣机和高档电风扇上一般使用电子式的定时器，而不是机械式的）。

判断定时器是机械式的还是电子式的方法很简单：机械式定时器上有1个旋钮，顺时针方向转动旋钮，可以感到较大阻力，这实际上是你在旋紧定时器内的发条。松手后，可以看到旋钮缓慢地向相反方向（逆时针方向）转动，这是发条在逐渐放松，同时你还可以听到清脆的“哒、哒……”的机械响声，这是带阻尼片的“骑马轮”在“擒纵轮”的控制下发出的撞击声，在它们的配合控制下，可以使巻紧的发条缓慢地均匀释放，从而使定时的时间与旋钮旋转的角度成正比，同时可以延长整个定时的时间范围。

电子式的定时器一般是按钮式的，也有少量是旋钮式的。但是在转动旋钮式电子定时器的旋钮时不会感到有较大的阻力，松手后旋钮也不会往回转动，更没有机械声音。

我利用1只老式吊扇控制盒内的机械定时器改制成了1只减速齿轮箱，配合常见的小型玩具电动机，工作得十分良好。下面就介绍改制过程。

老式的机械定时器内的零件通常是用黄铜制成的，现在有不少机械定时器是用塑料作零件，不过它们的结构原理与金属制的并无太大的差异，你可以按照下面的步骤举一反三地加以改制。

这是一只金属材质的机械定时器，在它的外面有一个塑料外壳，见下图。

机械定时器

1. 去除外壳盖

打开外壳盖，可以看到机械定时器是由发条、互联啮合的一组齿轮、擒纵轮、带阻尼片的骑马轮等一系列零件组成。借助有轴承孔的上、下2块夹板，用3根立柱和3颗螺丝帽将这些零件固定在其间。

与发条中心一端联接的齿轮称为头轮（又称大牙），随后的齿轮依照啮合顺序分别称为二轮（二牙）、三轮（三牙）、四轮（四牙）、擒纵轮、骑马轮。有的定时时间长的定时器还增加了一只五轮（五牙），它位于四轮与擒纵轮之间。

如果你对机械结构不熟悉，建议你在进行下一步之前仔细地观察它们的结构和组合关系，最好绘一张简图将它们记录下来，以便万一弄乱了好将它们恢复。

2. 分解零件

首先去掉头轮轴上横插的一根销子，以便使轴能够不受它的阻挡而退出外壳和轴承孔。

然后拆下外壳上的3颗螺丝帽，将外壳取走。再卸下固定上、下夹板的3颗螺丝帽，小心翼翼地将上夹板慢慢取下。

注意：在这个过程中千万要注意控制好发条，不能让它突然弹开，否则它会将齿轮和其他零件弹得满地都是，到那时你可别怪我事先没提醒你！

销子、上夹板、发条等零件已被取下

这一步将发条、擒纵轮、骑马轮等不用的零件去除如下图。

不用的部分零件

我们只需要保留头轮、二轮、三轮和四轮备用，如图。

只保留头轮、二轮、三轮和四轮

为什么不把擒纵轮也利用上？这是因为擒纵轮的齿不是对称朝向轴心的，而是沿圆周朝向同一方向，因此用它和电机轴上的齿轮啮合时，只能向某一方向旋转，向反方向旋转时啮合状态不好。但是我们需要的是电动机无论正转、反转都能很好地与齿轮啮合，传递动力，所以只好将擒纵轮这只“鸡肋”弃之不用。而且经过计算，用头轮、二轮、三轮、四轮这4只轮子配合电动机轴上的齿轮，已经能够将输出轴（头轮的轴）的速度减到很低，符合降低速度、提高扭矩的要求了。

4. 数清齿轮的齿数

头轮的齿片有53齿，二轮至四轮均为组合齿轮，即在同一齿轮轴上，中心有齿数较少的圆柱齿轮，外围有齿数较多的齿轮片。其中心的圆柱齿轮为6齿，外围的齿片为40齿，电动机轴上的齿轮为8齿。它们的啮合规律都是本级齿片与下级圆柱齿轮互相啮合，在图中可以看到它们的啮合关系。

5. 计算

头轮至二轮：53/6≈8.83
二轮至三轮：40/6≈6.67
三轮至四轮：40/6≈6.67
四轮至电动机轮：40/8=5

8.83×6.67×6.67×5=1964.18，即电动机轴每转动1964.18转，头轮转动1转。可见减速比非常大。

6. 加工下夹板

在下夹板上靠近四轮的边缘处用什锦锉（一套有着各种形状的小型锉）加工出一个半圆形缺口，以便容纳电动机轴承，使电动机轴上的齿轮能够靠近四轮齿片，以便与它啮合，如图所示。

下夹板边缘上的半圆形缺口

你也可以在下夹板上原来安装擒纵轮的位置处钻一个较大的孔，使电动机轴上的齿轮穿过去与四轮齿片啮合。不过这样一来，你的定时器可就彻底报废了。而我用在下夹板边缘处锉一个缺口的“最小破坏法”改制，基本上对定时器未造成破坏，将来还可再利用，将它恢复为定时器。这样作十分符合“可持续发展”和“再利用”原则。

你应当在用什锦锉加工缺口的过程中，不厌其烦地经常装上四轮，来试验它与电动机轴齿轮的配合情况，以免将缺口锉得过大。当然，即使缺口太大，以后你还可以用调整电动机架的装配形状的办法来校正齿轮的啮合关系。但是我们还是应该力求缺口的大小合适，这样装配起电动机来稳固得多。

7. 制作电动机固定架

电动机的2只固定架用回形针来弯制。固定架的一端焊在电动机外壳上，另一端设法固定在上、下夹板上。其中一只利用上夹板的一颗固定螺丝帽来固定，另一只利用下夹板上原有的一个孔，将孔内攻上螺纹，以便旋入螺丝钉来固定。由于没有“丝攻”这种专用工具，我利用螺丝钉来进行强攻，因此损坏了好几只螺丝钉。

用回形针弯制的电动机固定架

另外，你也可以采用另外一种办法：先把孔径扩大一些，以便螺丝钉可以穿过，再焊上一只螺丝帽来与螺丝钉配合。

依次在下夹板上相应的轴承孔内放入带二轮、三轮和四轮的轮轴，再将上夹板盖上，用手轻轻捏住上下夹板，另一只手拿镊子拨动各齿轮，使它们的轮轴全部进入各自在上夹板的轴承孔内，这时上夹板降到正确位置。

用手捏紧上下夹板，拨动各齿轮，应灵活转动，正转反转均无障碍。确认无误后，先把2颗固定螺丝帽拧在立柱上，将上下夹板固定好，留下兼作固定电机架的那一颗螺丝帽暂时不装。

将电动机架套在立柱上，拧上螺丝帽，再将另一只电动机架用螺丝钉固定在下夹板上。需要注意的是这只螺丝钉不能太长，否则会抵住齿轮，使其无法转动。

9. 调整

调整电动机位置，使其轴上的齿轮与四轮齿片啮合良好，要求不松也不紧。若啮合过紧，会导致电动机的动力损耗在不必要的摩擦中，还可能造成齿轮损坏，而且电动机工作电流也会增大；如果啮合太松，会产生滑脱现象，很容易打坏齿轮。

电动机轴上的齿轮与四轮齿片啮合良好

因为头轮至四轮是原来就有的，所以不必进行调整。我们只需要调整电动机轴上的齿轮与四轮齿片的啮合状态。

调整完成后，把固定电动机架的螺丝帽和螺丝钉拧紧，然后在每个轴承孔内和每个齿轮的啮合部位都滴上一点润滑油，例如缝纫机油。

调整良好的齿轮箱，无论正转或反转，其运转噪声音都应当平稳均匀，无忽高忽低现象。用手指去捏正在运转中的输出轴（头轮轴），应感到非常有力，基本上捏不住它。再用电流表测量电动机的工作电流，约为300mA，并且电流没有忽大忽小的现象。否则说明齿轮啮合不良，有时紧时松的情况，必须再仔细调整。

当一切工作就绪后，你就有了一只运转良好的执行机构，将它应用到自制的各种机器人中，效果真是好极了！