1、新型停水自閉水龍頭（閥）邢甜甜指導(dǎo)教師：郭南初（蘇州市職業(yè)大學(xué) 06機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)，江蘇 蘇州 215104）摘 要 : 水龍頭已成為人們生活中不可缺少的一個(gè)元素。隨著生活節(jié)奏的加快，人們有時(shí)會(huì)忽略這樣的問(wèn)題：當(dāng)我們打開(kāi)水龍頭時(shí)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有水，由于時(shí)間緊促或其他事情的打岔而忘了關(guān)，當(dāng)來(lái)水時(shí)，就會(huì)由于水龍頭未關(guān)而造成浪費(fèi)，甚至?xí)?dǎo)致家里“水漫金山”的情景。讓人很煩惱。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)針對(duì)上述忘關(guān)水龍頭的現(xiàn)象進(jìn)行研究，使水龍頭在停水時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，起到節(jié)水作用。結(jié)果表明：本設(shè)計(jì)在原理上能達(dá)到停水自閉，力學(xué)計(jì)算滿足要求。能顯著改善浪費(fèi)水資源的現(xiàn)象。關(guān)鍵詞：停水自閉；節(jié)水；閥0 引言 針對(duì)生活中出現(xiàn)的忘關(guān)水龍頭

2、的情況，設(shè)計(jì)了一種可以在停水時(shí)自動(dòng)關(guān)閉的裝置。它不需要更換原有的水龍頭，只需購(gòu)買該裝置，而后安裝于水龍頭與水管之間，就可以達(dá)到停水自閉的要求。 在正常情況下，彈簧儲(chǔ)存能量。當(dāng)停水時(shí)，由于水壓下降，彈簧儲(chǔ)存的能量將釋放，利用這一部分能量推動(dòng)活塞前進(jìn)，阻斷水龍頭與水源的連接，起到自閉的作用。 設(shè)計(jì)需求是構(gòu)造原理簡(jiǎn)單，制造成本較低，適合市場(chǎng)需要。1 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述1.1 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法該節(jié)水龍頭的實(shí)現(xiàn)方法如圖1所示。圖1 節(jié)水龍頭原理圖圖中各零件名稱如表1所示。表1 零件名稱1O型密封圈6彈簧2主體17可調(diào)深度螺桿3密封墊圈8彈簧4主體29O型密封圈5棘桿10活動(dòng)塞桿12 功能原理： 1在不停水的情況下（如

3、圖2），水流的壓力可以使活塞向后退，當(dāng)與彈簧8的壓力平衡時(shí)活塞靜止，水流通過(guò)活動(dòng)塞桿10的間隙，可以自由的流出；水龍頭的開(kāi)關(guān)與普通水龍頭沒(méi)有區(qū)別。圖2 供水狀態(tài)2停水時(shí)，由于水壓下降，導(dǎo)致彈簧釋放壓力，推動(dòng)活塞前進(jìn)。并且活塞末端有類似于棘輪的造型，可以使棘桿5順利通過(guò)，在彈力的作用下將活動(dòng)塞桿向前推進(jìn)，直到將活動(dòng)塞桿10前端的O型密封圈1與主體1緊密接觸，產(chǎn)生良好的密封性能。（如圖3）圖3 停水狀態(tài)3當(dāng)來(lái)水時(shí)，由于活動(dòng)塞桿10前端的O型密封圈1與主體1有良好的密封性能，所以不會(huì)有水流流通，并且在棘桿5和彈簧6的配合下，活動(dòng)塞桿無(wú)法后退，水流無(wú)法通過(guò)主體1與活動(dòng)塞桿10的密封段，達(dá)到停水自閉的效

4、果。4需要用水時(shí)，只要提起棘桿5，活桿動(dòng)塞沒(méi)有阻礙，由于彈簧的彈力小于水的壓力，所以活動(dòng)塞桿就會(huì)在水的壓力下后退，直到彈簧和水壓再次達(dá)到平衡，這時(shí)水就可以順利的從水龍頭流出。注：如果需要用水時(shí)還未來(lái)水，即使提起棘桿5，活塞也不會(huì)后退，放下棘桿5，活塞又被阻礙，同樣達(dá)到自閉效果。2 該水龍頭的優(yōu)點(diǎn)及存在的問(wèn)題 優(yōu)點(diǎn)：1、 無(wú)論在開(kāi)啟或者關(guān)閉狀態(tài)下，如果停水，都能起到自閉的的功能。2、 O型密封圈9的使用，可以降低水龍頭主體2與活動(dòng)塞桿之間的加工精度，降低加工成本。3、 不需要重新購(gòu)買水龍頭。只需在原有水龍頭與水管之間接上改裝置。4、 使用簡(jiǎn)單，水龍頭沒(méi)水時(shí)，只要提起棘桿5，就可以了。5、 可以根

5、據(jù)水壓實(shí)際情況調(diào)節(jié)彈簧8的壓力，保證在正常情況下，有最大的水流量。 存在的問(wèn)題：1、 在加工過(guò)程中，彈簧8的彈力范圍不易確定。2、 在停水后，上提棘桿5時(shí)，會(huì)有少量的水從棘桿5和主體2的接口處流出。3 彈簧的設(shè)計(jì) 針對(duì)上述出現(xiàn)的問(wèn)題，該設(shè)計(jì)成功與否，關(guān)鍵在于彈簧8的彈力范圍的確定，所以需要精確的力學(xué)計(jì)算。分析條件可知：此彈簧為重要彈簧，按類載荷計(jì)算。自來(lái)水出廠的最低水壓標(biāo)準(zhǔn) ：0.14 Mpa。 根據(jù)體積計(jì)算公式 得：活動(dòng)塞桿的體積v = 187.56 根據(jù)質(zhì)量計(jì)算公式 得：活動(dòng)塞桿的質(zhì)量m = 1481.72g 在斷水自閉時(shí)，假定水壓為0，推動(dòng)活動(dòng)塞桿的力全由彈簧提供，則最小彈力： 來(lái)水后提

6、起棘桿時(shí)，假定水壓為出廠的最低標(biāo)準(zhǔn)，水的壓力克服彈簧的彈力和摩擦力： 水的壓力： 彈簧所受最小工作載荷（即處于停水自閉時(shí)）： 彈簧所受最大工作載荷（即處于不停水時(shí)）： 彈簧工作過(guò)程中的變形量 ： 可以求得所需的彈簧剛度k ： 彈簧在最大工作載荷作用時(shí)的變形量： 彈簧在最小工作載荷作用時(shí)的變形量： 確定彈簧各參數(shù)：（1）選擇彈簧材料：根據(jù)工作條件，選用。查表18-1得。由表18-1注4得：（2）旋繞比C：（3）查圖18-6得：確定鋼絲直徑的d 由式： 得：。說(shuō)明采用1mm直徑的鋼絲不能滿足強(qiáng)度要求。應(yīng)該采用直徑大于2.17 mm的鋼絲。 (4 ) 確定彈簧的圈數(shù)n 由式： 得：（5）計(jì)算彈簧的其

7、他尺寸 內(nèi)徑： 外徑： 間距：，取 節(jié)距： 螺旋升角： 兩端各并緊一圈并磨平，則總?cè)?shù)： 彈簧絲展開(kāi)長(zhǎng)度： 自由高度： 驗(yàn)證穩(wěn)定性： 由于有7號(hào)零件，所以穩(wěn)定性滿足要求。 彈簧的安裝高度： 彈簧工作圖如圖4：圖4 彈簧工作圖 至此，彈簧的尺寸設(shè)計(jì)完成，彈簧的強(qiáng)度范圍可以確定。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，彈簧的制造可以根據(jù)需要做出相應(yīng)的調(diào)整，也可以根據(jù)尺寸購(gòu)買標(biāo)準(zhǔn)件。3.1 結(jié)論目前，類似的專利已有很多，但大多數(shù)設(shè)計(jì)因?yàn)槠錁?gòu)造和實(shí)現(xiàn)方法存在問(wèn)題，而沒(méi)有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，所以市場(chǎng)上尚未出現(xiàn)成熟的產(chǎn)品。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，可以得出以下結(jié)論：（1）利用彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的聚集和釋放已成為在設(shè)計(jì)類似產(chǎn)品時(shí)的共識(shí)。如果能突破這一觀

8、念，或許會(huì)有更好的設(shè)計(jì)產(chǎn)生。（2）本設(shè)計(jì)盡可能多的使用標(biāo)準(zhǔn)件，節(jié)省成本。如在本設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)O型密封圈。（3）將該裝置安裝于水表的下游，只需要購(gòu)買一個(gè)該產(chǎn)品，全家的水龍頭變都可以停水自閉，更加安全。該新型停水自閉水龍頭（閥），在原理上能夠起到停水自閉的功能，并且通過(guò)嚴(yán)密的力學(xué)計(jì)算，滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)想。參考文獻(xiàn)：1楊可貞、程光蘊(yùn)、李仲生. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，19792吳宗澤、羅圣國(guó). 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京：高等教育出版社，19923胡建生. 機(jī)械制圖. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20064陶亦亦、潘玉嫻. 工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006

9、5國(guó)家專利局網(wǎng)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