毕业设计停水自动关闭阀门

1、绪 论阀门是随着流体管路的产生而产生的。人类使用阀门已经有近4000年的历史了。我国古代从盐井中吸卤水制盐时，就曾在竹制管路中使用过木塞阀。公元前 1800年，古埃及人为了防止尼罗河泛滥而修建大规模水利工程是，也曾采用过类似的木制旋塞来控制水流的分配。这些都是阀门的雏形。工业用阀门的大量应用，是从瓦特发明蒸汽机以后 才开始的。二十世纪初出现了铸钢、锻钢和锻焊结构的阀门。“阀”的定义是在流体系统中，用来控制流体的方向、压力、流量的装置。阀门是使配管和设备内的介质（液体、气体、粉末）流动或停止并能控制其流量的装置。 阀门是管路流体输送系统中控制部件，它是用来改变通路断面和介质流动方向，具有导流、截

2、止、调节、节流、止回、分流或溢流卸压等功能。 用于流体控制的阀门，从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统中所用的各种阀门，其品种和规格繁多，阀门的公称通径从极微小的仪表阀大至通径达10m的工业管路用阀。阀门可用于控制水、蒸汽、油品、气体、泥浆、各种腐蚀性介质、液态金属和放射性流体等各种类型流体的流动，阀门的工作压力可从0.0013mpa到1000mpa的超高压，工作温度从-269的超低温到1430的高温。阀门的控制可采用多种传动方式，如手动、电动、液动、气动、蜗轮、电磁动、电磁-液动、电-液动、气-液动、正齿轮、伞齿轮驱动等；可以在压力、温度或其它形式传感信号的作用下， 按预定的要求动作，或者不

3、依赖传感信号而进行简单的开启或关闭，阀门依靠驱动或自动机构使启闭件作升降、滑移、旋摆或回转运动，从而改变其流道面积的大小以实现其控制功能。 本设计的水阀是在是在以上基础上并考虑到现在我国水资源相对短缺而人们在用水的时候不知道节约用水的背景下设计出来的，该阀结构简单、容易控制、加工制作方便、成本低、性能高，符合当今广大群众使用。其主要由阀体、阀芯、阀杆、阀盖等零件组成，而且所用材料来源丰富并且材料性能较好等。下面就让我就此水阀做更详细的说明。如有不足指出还请多多包涵并提出您的宝贵意见，我们会对您的意见欣然接受继续完善我们的工作。第一章 阀门的设计一.设计目的 随着社会的不断发展，人们的生活水平也

4、在不断的提高，家家户户都告别了原来的手压井，用上了自来水。为了防止有人在停水时打开水龙头而忘记了及时的关闭造成了水资源的浪费。我们根据实际的需求为广大人民群众设计出了这样一套很实用而且特别的水阀停水自动关闭阀。二. 停水自动关闭阀门的创新与特色简介 该停水自动关闭水阀在原有的相关的水阀的基础上，改进了了它的结构，使其结构更加简单，操作方便，便于安装，更适合与大众的使用要求。在该停水自动关闭水阀中，运用了回复杆，它可以更好的完成来水时必须手动打开水阀的这一工作过程。三.设计方案的拟定在最近一个月的时间里，我和本组的其他成员团结合作，通过在图书馆及上网查阅相关资料和反复的讨论，对设计创新的停水自动

5、关闭阀门进行零件图、装配图及立体图的绘制，在老师的指导下对图形及方案进行了反复的修改，经过十几天的不懈努力，对创新的停水自动关闭阀门设计出了两套方案。下面结合图形1-1和图形1-2对两套方案功能、原理、用途及其优缺点方面进行比较和分析：方案（一）：此方案结构简单、便于操作、安装放置方便，如图1-1所示。该水阀由阀体（1）、阀芯（2）、阀芯、（3）阀盖、（4）螺帽（5）回复弹簧（6）回复杆（7）端盖等零件构成。当无水时，阀芯靠自身的重力下落到如图1-1所示的位置挡住进水口，使得水阀处于关闭状态，回复弹簧恢复到原始位置，回复杆挡在阀芯上方，阻止阀芯在来水时向上运动，达到来水时水阀不会自动打开的效果

6、。当来水正常用水时，将回复杆向外拔出，通过水的压力及水的浮力使阀芯向上运动，进水口打开，使得水阀处于正常流通状态。图1-1 设计方案一图方案（二）：此方案结构简单，便于操作，由阀体（1）、阀芯（2）、阀盖（3）压簧（4）、阀杆（5）、手柄（6）等零件构成。该装置如图1-2所示位置放置，当无水时，靠重力把阀芯压到如图所示位置，使得水阀处于关闭状态；在有水情况下用户要用水时，拉动回复杆（6），由于水的最小压力大于重力，阀芯处于进水口右端位置，进水口和出水口均处于打开状态，使得阀处于正常流通状态。此方案的缺点：（1）安装时摆放位置单一，不便于安装；（2）密封不易保证；由于如图1-2所示位置阀芯与阀体

7、之间的配合属于间隙配合，当正常用水时，进水口出的水有可能会进入右腔中。 图1-2 设计方案二图通过以上两种方案的比较与分析，方案二结构简单，便于加工制造，但是此方案在安装时摆放位置单一，阀体与阀芯之间既要保证良好的间隙配合又要保证其密封性，在加工时较难实现。方案一虽然在结构上较方案二复杂，但是在安装时摆放位置较为灵活，其加工制造较方案二容易实现，密封性也较易保证。因此，从加工制造及实际使用方面考虑，选择方案一较为合适。四.机构与动作方案的设计、计算与分析（一）机构与动作方案的设计1.有水但水阀不打开：图1-3 如图1-3所示，当停水又来水时，由于暂时不用水，所以水阀处于关闭状态。回复杆挡住阀芯

8、，阻碍阀芯向上运动，使得水阀仍然处于关闭状态。2.有水并打开水阀： 图1-4如图1-4所示，在用水时，手动将回复杆向外拔出，由于水向上的压力与浮力的作用，使得阀芯向上运动到如图位置，当水压在临界水压的范围之内时，阀芯将始终保持在如图位置，使得水道一直保持畅通，从而达到水阀一直开启的状态。3.停水时：图1-5如图1-5所示，当停水时，由于阀芯受到自身重力的作用会向下运动，运动到回复杆的位置时，回复杆受到阀芯分力的作用会向左运动，而阀芯继续向下运动，当阀芯运动到底部时，正好离开回复杆，而回复杆由于受到回复弹簧向右的恢复力又向右运动到原来的初始位置，回复杆的下方为水平的，从而挡住阀芯，使得阀芯即使在

9、来水时也因回复杆的阻碍不能向上运动。从而达到停水时水阀自动关闭，而在来水时必须要手动打开。（二）机构与动作方案的计算、说明与分析选择阀芯的材料为电木，材料的密度为1.52.0g/ cm3，在这里选取电木的密度为=1.6 g/。在这里初定进水管的最低水压为p=1.5。本设计为停水自动关闭水阀装置，在前面已经介绍过，现在就其三种状态进行以下分析、说明与计算:1.有水情况下，需要用水时，手动拉动回复杆，打开水阀如图2-1所示，此时，芯的受力分析图为阀 图2-1 水的作用面积为：s=x水的压力 = =2.7 阀杆的重量为：g=有上面的计算可知：所以当手动打开其水阀利用水的压力可实现水阀处于开启状态，当

10、水阀处于临界状态时，其最小水压为。阀芯在水中受到的浮力为： 由于：得：又因：=s=0.013所以，由以上计算可知，当手动打开时，其水压最小为0.013才可是水阀保持开启状态。故其水阀的适用压力为0.0131.5。2.停水后水阀实现自动关闭状态如图2-2所示： 图2-2此时，其受力分析如上图由上部计算知：g= 比较得：所以，当自动停水后，阀门可实现自动关闭。当水阀自动关闭后，复位杆复位，防止在下次来水时水阀自动打开。3.在有水状态下手动关闭水阀此时，手动下压阀杆，使水阀关闭，回复杆复位，如需打开，可手动拔出回复杆打开水阀即可：4.回复杆端部角度的设计与计算如图2-3所示： 图2-3 回复杆受力分

11、析图选取回复杆上的回复弹簧的弹性系数为：由受力分析图可知：由于要保证实现水阀自动关闭的功能，故： 得，在这里选取值为。第二章 阀门各零件的工艺设计及加工一.阀体的零件分析（一）阀体的作用阀体是阀的一个主要零件，它是阀的主体部分。本阀为液压阀，在阀体内，阀芯做上下移动使阀处于打开或关闭状态。阀体上20和32的内孔上均有螺纹，20孔上的螺纹用以连接四分管，32的内孔上的螺纹用以固定端盖。6的孔用以安装回复杆，在32的内空中放置阀芯，由阀芯控制进水口的接通与关闭。（二）阀体零件的工艺分析选取阀体的材料为45钢，由于制作的条件的限制，本设计用焊接的方法来加工此零件。图3-1 阀体工艺分析图如图3-1所

12、示：该法阀体零件的主要加工面有32h7孔，2个20h7孔，一个6h7孔，40上表面。40的上表面的平面度为0.05，影响阀体与阀盖的接触及密度。32的孔内表面影响阀芯在阀体中移动时的摩擦力和密封性。6的孔内表面影响到回复杆在使用时的摩擦力和密封性，6孔的垂直度影响到回复杆在来水时阀芯向上运动的作用力。两个20的孔影响进水口与四分管螺纹连接的密封性。经过参考文献机械加工工艺手册中有关面和孔的加工经济精度及机床性能达到的位置精度可知，上述技术要求是可达到的，零件的结构工艺性是可行的。（三）零件的工艺规程设计1.基面的选择基面选择是工艺规程过程中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得

13、到保证，生产率得到提高。则在加工工艺过程中会问题百出，更有甚者会造成零件大批量报废，使生产无法正常进行。1）粗基准的选择：选择粗基准主要是选择第一道加工工序的定位基准，以便于后续的工序提供精基准。现在选取下方的内孔和的下表面为粗基准。在铣床上用带有子口的三爪卡盘夹住工件，消除工件的六个自由度，达到完全定位。2）精基准的选择：主要考虑基准重合原则，当设计基准与工序基准不重合时应进行尺寸换算。现在选取的中心线为精基准。2.制作工艺路线制作工艺路线的出发点应当是以使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。因此，可以考虑采用钻床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外

14、，还应考虑经济效果，以使生产成本尽量下降。3.工艺路线方案工序0 粗车40外圆；工序05 粗车20外圆；工序10 粗车40上端面；工序15 半精车40外圆；工序20 钻、扩、粗铰32孔；工序25 钻、扩、粗铰20孔；工序30 钻、扩、粗铰20孔；工序35 钻6的孔；工序40 车40的外螺纹； 工序45 检查入库。4.机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定根据资料分别确定各个加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸；（1）外圆表面；此外圆表面为it8级精度，参照机械加工工艺手册确定各工序尺寸及加工余量，如表1-1所示。表1-1 各工序余量和工序尺寸及公差工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸公差

15、工序尺寸及公差半精车外圆2 40 +0.1 粗 车3 42 +0.3 毛 坯5 45 +0.7 （2）外表面；参照机械加工工艺手册确定各工序尺寸及加工余量，如表1-2所示。表1-2各工序余量和工序尺寸及公差工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸公差工序尺寸及公差半精车外圆1.4 26 +0.1 粗 车2.6 27.4 +0.3 毛 坯3 30 +1 （3）的孔：参照机械加工工艺手册确定各工序尺寸及加工余量，如表1-3所示表1-3各工序余量和工序尺寸及公差工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸公差工序尺寸及公差铰 孔0.2 20 +0.045 扩 孔0.9 19.8 +0.1 钻 孔9 18 +0.

16、6 毛 坯10（4）的孔：参照机械加工工艺手册确定各工序尺寸及加工余量，如表1-4所示。表1-4各工序余量和工序尺寸及公差工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸公差工序尺寸及公差铰 孔0.230 +0.045 扩 孔0.9 29.8 +0.1 钻 孔9 28 +0.6 毛 坯10（5）加工余量计算如表1-5。表1-5 加工余量和加工公差 工序尺寸及公差毛 坯粗 车半精车加工前尺寸最 大45.542.1最 小44.841.8加工后尺寸最 大45.542.140最 小44.841.83939加工余量 53 2 加工公差0.70.3 0.1二.阀芯的零件分析（一） 阀芯的作用阀芯位于阀体内部，在该停水

17、自动关闭阀门中，阀芯用以在停水时靠自身重力向下运动到阀体底部，堵住进水口，起到关闭水阀的作用。（二）零件的工艺分析图3-2 阀芯工艺分析图如图3-2所示，阀芯的材料为电木，该材料为塑料，有较好的脆性，耐高温，具有良好的机械加工性能。阀芯零件上的主要加工面为下表面a，外圆周面b，阀芯上表面c，阀杆外圆周面d，连杆上表面e和阀芯下方倒角斜面f。外圆周面b的精度直接影响阀芯与阀体的配合及阀芯在阀体内上下运动时的摩擦力大小及密封性。因此，要求圆周面b的加工精度较高，在这里选取it8级精度。同轴度为0.04，余下表面的垂直度为0.1。因此，在加工时，最好能在一次装夹下降a、b、f三个面加工出来。（三）阀

18、芯毛坯的确定根据零件的使用要求确定零件的材料为电木，零件的最大直径为32，总长度为113mm。所以选毛坯为长120mm，直径36mm的棒料。各加工表面的余量如表1-6表1-6各加工表面总余量加工表面基本尺寸（mm）加工余量（mm）a面1134b面324d面630e面1133f面（四）工艺规程设计1.定位基准的选择选取毛坯的一个端面为粗基准，先车端面，确定a面，以a面为基准在进行b面的加工，确定a 面到c面的距离，倒角。将工件翻转，在确定d圆周面的长度及加工，最后确定d面及倒圆角。2.制定工艺路线根据各表面的加工要求和各种加工方法能达到的经济基准，确定各表面的加工方法如下：a面：粗车；b面：粗车

19、精车；c面：粗车；d面：粗车；e：粗车；f面：粗车。因b面的精度要求较高，所以b面应在地一次装夹下完成加工，以确保其加工精度。工艺路线如下：工序号 工序内容工序05 粗车端面a；工序10 粗车外圆周面至33；工序15 精车外圆周面b至32f6；工序20 确定c面，粗车外圆周面d，重复进行，直至达到为止，a面到c面距离为32mm；工序25 粗车端面e。3.选择加工设备及刀、夹、量具加工机床的选择：由于阀芯零件为回转体零件，并且其结构比较简单，加工精度为it8级，用普通车床就能达到预期的加工精度。结合现有加工设备，选ca6140车床。加工刀具的选择：零件材料为电木，材料本身为塑料，脆性较好，耐高温

20、，所以较易加工，所以选高速钢车刀为加工刀具。夹具的选择：由于零件结构为回转体，所以用车床上自带三爪定心卡盘来夹持工件。量具的选择：it8级加工精度，在测量时用游标卡尺即可。小结通过本次设计，是我逐步树立了正确的设计思想，增强了创新和竞争意识。熟悉掌握了机械设计的一般规律，培养了我分析问题和解决问题的能力，进一步巩固、加深和拓宽了我的专业知识面。通过设计计算、绘图，以及运用技术标准和设计手册等有关设计资料，使我进行了全面的机械设计基础的技能训练，并且明确了毕业后本专业的应用领域，也知道本专业在工业方面的重要性。同时对autocad，pro/e，word等软件有了更深的了解。但是鉴于本人学术不精，经验不足，再本次设计中存在一定的失误和欠缺，希望老师给予批评和帮助。在今后的工作学习中我会更认真努力。本次设计在选择零部件时漏水和阀芯的重力作用，选择了阀芯的材料为电木，避免在来水时压力过小，不能将阀芯浮起。再设计此创新设计时，零部件的尺寸不是完全由计算确定的，还要考虑其结构、工艺性、经济性以及标准化、系列化等要求。在设计过程中，从一开始的方案拟定确定设计方案，到个零件的设计计算和加工工艺，尤其是阀体和阀芯的设计及加工工艺。经过不断的修改，到最终的确定零件尺寸及加工过程，更让