新型停水自闭水龙头(阀)

1、新型停水自闭水龙头（阀）邢甜甜指导教师：郭南初（苏州市职业大学 06机械设计与制造专业，江苏 苏州 215104）摘 要 : 水龙头已成为人们生活中不可缺少的一个元素。随着生活节奏的加快，人们有时会忽略这样的问题：当我们打开水龙头时发现没有水，由于时间紧促或其他事情的打岔而忘了关，当来水时，就会由于水龙头未关而造成浪费，甚至会导致家里“水漫金山”的情景。让人很烦恼。本设计重点针对上述忘关水龙头的现象进行研究，使水龙头在停水时自动关闭，起到节水作用。结果表明：本设计在原理上能达到停水自闭，力学计算满足要求。能显著改善浪费水资源的现象。关键词：停水自闭；节水；阀0 引言 针对生活中出现的忘关水龙头

2、的情况，设计了一种可以在停水时自动关闭的装置。它不需要更换原有的水龙头，只需购买该装置，而后安装于水龙头与水管之间，就可以达到停水自闭的要求。 在正常情况下，弹簧储存能量。当停水时，由于水压下降，弹簧储存的能量将释放，利用这一部分能量推动活塞前进，阻断水龙头与水源的连接，起到自闭的作用。 设计需求是构造原理简单，制造成本较低，适合市场需要。1 设计简述1.1 设计实现方法该节水龙头的实现方法如图1所示。图1 节水龙头原理图图中各零件名称如表1所示。表1 零件名称1O型密封圈6弹簧2主体17可调深度螺杆3密封垫圈8弹簧4主体29O型密封圈5棘杆10活动塞杆12 功能原理： 1在不停水的情况下（如

3、图2），水流的压力可以使活塞向后退，当与弹簧8的压力平衡时活塞静止，水流通过活动塞杆10的间隙，可以自由的流出；水龙头的开关与普通水龙头没有区别。图2 供水状态2停水时，由于水压下降，导致弹簧释放压力，推动活塞前进。并且活塞末端有类似于棘轮的造型，可以使棘杆5顺利通过，在弹力的作用下将活动塞杆向前推进，直到将活动塞杆10前端的O型密封圈1与主体1紧密接触，产生良好的密封性能。（如图3）图3 停水状态3当来水时，由于活动塞杆10前端的O型密封圈1与主体1有良好的密封性能，所以不会有水流流通，并且在棘杆5和弹簧6的配合下，活动塞杆无法后退，水流无法通过主体1与活动塞杆10的密封段，达到停水自闭的效

4、果。4需要用水时，只要提起棘杆5，活杆动塞没有阻碍，由于弹簧的弹力小于水的压力，所以活动塞杆就会在水的压力下后退，直到弹簧和水压再次达到平衡，这时水就可以顺利的从水龙头流出。注：如果需要用水时还未来水，即使提起棘杆5，活塞也不会后退，放下棘杆5，活塞又被阻碍，同样达到自闭效果。2 该水龙头的优点及存在的问题 优点：1、 无论在开启或者关闭状态下，如果停水，都能起到自闭的的功能。2、 O型密封圈9的使用，可以降低水龙头主体2与活动塞杆之间的加工精度，降低加工成本。3、 不需要重新购买水龙头。只需在原有水龙头与水管之间接上改装置。4、 使用简单，水龙头没水时，只要提起棘杆5，就可以了。5、 可以根

5、据水压实际情况调节弹簧8的压力，保证在正常情况下，有最大的水流量。 存在的问题：1、 在加工过程中，弹簧8的弹力范围不易确定。2、 在停水后，上提棘杆5时，会有少量的水从棘杆5和主体2的接口处流出。3 弹簧的设计 针对上述出现的问题，该设计成功与否，关键在于弹簧8的弹力范围的确定，所以需要精确的力学计算。分析条件可知：此弹簧为重要弹簧，按类载荷计算。自来水出厂的最低水压标准 ：0.14 Mpa。 根据体积计算公式 得：活动塞杆的体积v = 187.56 根据质量计算公式 得：活动塞杆的质量m = 1481.72g 在断水自闭时，假定水压为0，推动活动塞杆的力全由弹簧提供，则最小弹力： 来水后提

6、起棘杆时，假定水压为出厂的最低标准，水的压力克服弹簧的弹力和摩擦力： 水的压力： 弹簧所受最小工作载荷（即处于停水自闭时）： 弹簧所受最大工作载荷（即处于不停水时）： 弹簧工作过程中的变形量 ： 可以求得所需的弹簧刚度k ： 弹簧在最大工作载荷作用时的变形量： 弹簧在最小工作载荷作用时的变形量： 确定弹簧各参数：（1）选择弹簧材料：根据工作条件，选用。查表18-1得。由表18-1注4得：（2）旋绕比C：（3）查图18-6得：确定钢丝直径的d 由式： 得：。说明采用1mm直径的钢丝不能满足强度要求。应该采用直径大于2.17 mm的钢丝。 (4 ) 确定弹簧的圈数n 由式： 得：（5）计算弹簧的其

7、他尺寸 内径： 外径： 间距：，取 节距： 螺旋升角： 两端各并紧一圈并磨平，则总圈数： 弹簧丝展开长度： 自由高度： 验证稳定性： 由于有7号零件，所以稳定性满足要求。 弹簧的安装高度： 弹簧工作图如图4：图4 弹簧工作图 至此，弹簧的尺寸设计完成，弹簧的强度范围可以确定。在实际生产过程中，弹簧的制造可以根据需要做出相应的调整，也可以根据尺寸购买标准件。3.1 结论目前，类似的专利已有很多，但大多数设计因为其构造和实现方法存在问题，而没有实现产业化，所以市场上尚未出现成熟的产品。通过这次设计，可以得出以下结论：（1）利用弹簧来实现能量的聚集和释放已成为在设计类似产品时的共识。如果能突破这一观

8、念，或许会有更好的设计产生。（2）本设计尽可能多的使用标准件，节省成本。如在本设计中的标准O型密封圈。（3）将该装置安装于水表的下游，只需要购买一个该产品，全家的水龙头变都可以停水自闭，更加安全。该新型停水自闭水龙头（阀），在原理上能够起到停水自闭的功能，并且通过严密的力学计算，满足设计要求，达到了预期的设想。参考文献：1杨可贞、程光蕴、李仲生. 机械设计基础. 北京：高等教育出版社，19792吴宗泽、罗圣国. 机械设计课程设计手册. 北京：高等教育出版社，19923胡建生. 机械制图. 北京：化学工业出版社，20064陶亦亦、潘玉娴. 工程材料与机械制造基础. 北京：化学工业出版社，2006

9、5国家专利局网站：The new faucet of cut off the water supply certainly shutting (valve)Xing TiantianTeacher:Guo NanchuAbstract：The faucet already becomes a essential element in peoples living. Being accelerated circadian rhythm subsequently's people sometimes ignore such a problem: We are discovered when

10、 opening a faucet not having water, since time is tight or other things's interrupt we forget to close it, if water is coming, the extravagant have brought about, it will lead to scene of home "water Manjinshan ". The design study the face that above-mentioned phenomenon, make a faucet be closed down voluntarily when cutting off the water supply, playing a water-saving role. Result is indicated: On principle, this design can reach cutting off the water supply