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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 1 O型密封圈 6 弹簧 2 主体1 7 可调深度螺杆 3 密封垫圈 8 弹簧 4 主体2 9 O型密封圈 5 棘杆 10 活动塞杆 1．2 功能原理： 1．在不停水的情况下（如图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： 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。 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。 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。 使用简单，水龙头没水时，只要提起棘杆5，就可以了。 可以根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： 在加工过程中，弹簧8的弹力范围不易确定。 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П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）计算弹簧的其他尺寸 内径：