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文檔簡介
1、<p><b> 節(jié)水龍頭設(shè)計</b></p><p><b> 1 前言</b></p><p> 什么是節(jié)水龍頭?水龍頭自身具備“省減、限制、儉省”功能才可稱“節(jié)水龍頭”。節(jié)水屬于社會概念,即水在使用的過程中,體現(xiàn)出“省減、限制、儉省”功能;龍頭屬于產(chǎn)品概念,即自來水水管放水的出口。</p><p>
2、 1.1節(jié)水龍頭與普通水龍頭比較</p><p> 1999年末,國家經(jīng)貿(mào)委、建設(shè)部、國家技術(shù)監(jiān)督局、國家建材局等部門聯(lián)合發(fā)出的《通知》要求,自2000年1月1日起,在大中城市新建住宅中強(qiáng)制淘汰鑄鐵水龍頭,推廣使用陶瓷芯節(jié)水型水龍頭。至今5年過去了,仍有70%的住戶沒有使用節(jié)水型水龍頭。</p><p> 節(jié)水龍頭省水50%。水龍頭是日常生活中不可缺少的一個家居產(chǎn)品,而一個普通水龍頭和
3、一個節(jié)水龍頭相比,出水量大大不同。</p><p> 一般通用標(biāo)準(zhǔn)中,洗臉池龍頭的流量,都大于0.20升/秒,即每分鐘出水量在12公斤以上;節(jié)水龍頭適合高度噴水,流量為0.046升/秒,即每分鐘出水量只有2.76公斤。那么用普通出水龍頭,捧水方式洗臉,時間半分多鐘,洗臉用水量6公斤左右,其中,實際捧起來用在洗臉上的水,總量約1公斤,白白流掉的水量約5公斤。用節(jié)水龍頭,同樣方式、時間,平均用水量僅為1公斤。<
4、;/p><p> 常用的節(jié)水龍頭可分為加氣節(jié)水龍頭和限流節(jié)水龍頭兩種。兩種水龍頭都是通過加氣或者減小過流面積來降低通過水量的。這樣,在同樣的使用時間里,就減少了用水量,達(dá)到節(jié)約用水的目的。一個普通水龍頭和一個節(jié)水龍頭相比,出水量大大不同,一般普通龍頭的流量都大于0.20升/秒,即每分鐘出水量在12公斤以上;節(jié)水龍頭流量為0.046升/秒,即每分鐘出水量只有2.76升/秒。就目前市場上最普遍的陶瓷閥芯水龍頭,可以開合
5、數(shù)十萬次不漏一滴水,與舊式水龍頭相比,可以節(jié)水30%-50%。水龍頭具有選擇噴淋與柱流兩種出水狀態(tài)的功能。其中柱流出水功能保持現(xiàn)有普通水龍頭的出水狀態(tài);噴淋出水功能是通過小流量噴淋出水方式將出水面擴(kuò)大,十分便于日常生活中洗手、沖物等直接用水的需要且非常省水。噴淋節(jié)水效果隨出水口口徑及出水孔大小的設(shè)計而變化,經(jīng)過實驗檢測在實現(xiàn)同等功效的情況下噴淋用水比柱流用水最低節(jié)省60%左右。</p><p> 1.2市面上的
6、節(jié)水龍頭</p><p> 目前,市面上所出售的節(jié)水水龍頭,主要有陶瓷芯片式、變距式、自閉式等多種高新技術(shù)的新型水龍頭。新型水龍頭封閉嚴(yán)密,感應(yīng)靈敏,關(guān)閉速度只有老式水龍頭的1/10,節(jié)水效果顯著。</p><p> 中國的節(jié)水龍頭還處在發(fā)展階段,在市場上流通的產(chǎn)品大多是一些引進(jìn)的外國產(chǎn)品,或者是外國的產(chǎn)品直接進(jìn)入中國市場。</p><p> 到現(xiàn)在為止,市場
7、上到底有哪些“節(jié)水”龍頭呢?科勒優(yōu)帝瑪恒溫龍頭,以其先進(jìn)的技術(shù)和對節(jié)水概念的全新詮釋而備受矚目。為了保證精確控制,這種龍頭采用了石蠟溫控閥芯,平穩(wěn)調(diào)節(jié)水流,并在出廠前時對水溫做了預(yù)調(diào),使水龍頭在輕輕擰開后,就會以適當(dāng)?shù)乃疁睾土髁砍鏊?,從一開始就將浪費控制到最低限度。其龍頭的結(jié)構(gòu)非常精確,能自動地、不間斷地彌補水壓、水溫的變化,能使水溫瞬間達(dá)到用戶的溫度要求,并將溫差控制在0.5度之內(nèi)。從而進(jìn)一步減少了水的浪費。同時,設(shè)有保溫防燙防傷保護(hù)
8、裝置,一旦水溫超過40度,龍頭將自動限流,是理想的節(jié)水龍頭產(chǎn)品。 </p><p> TOTO推出了一種自發(fā)電型的自動感應(yīng)節(jié)水龍頭,使用內(nèi)置發(fā)電機(jī)和后備干電池的“強(qiáng)強(qiáng)”組合,加上低能耗控制電路,比傳統(tǒng)的省電一半,一次更換電池后的使用時間長達(dá)10年。同時這種龍頭還將感應(yīng)器安在吐水嘴上,使每一個感應(yīng)過程更為精確。內(nèi)部還設(shè)有定流閥,對水流進(jìn)行源頭控制,可以產(chǎn)生高達(dá)20%的節(jié)水效果。(圖1.1所示為紅外線傳感節(jié)水
9、龍頭)</p><p> 此外,美標(biāo)、科馬也都推出了節(jié)水型龍頭,節(jié)水的原理基本上都是恒溫設(shè)計,減少溫度過渡時的費水消耗。</p><p> 常用的節(jié)水龍頭可分為加氣節(jié)水龍頭和限流節(jié)水龍頭兩種。兩種水龍頭都是通過加氣或者減小過流面積來降低通過水量的。這樣,在同樣的使用時間里,就減少了用水量,達(dá)到節(jié)約用水的目的。一個普通水龍頭和一個節(jié)水龍頭相比,出水量大大不同,一般普通龍頭的流量都大于0.
10、20升/秒,即每分鐘出水量在12公斤以上;節(jié)水龍頭流量為0.046升/秒,即每分鐘出水量只有2.76公斤。就目前市場上最普遍的陶瓷閥芯水龍頭,可以開合數(shù)十萬次不漏一滴水,與舊式水龍頭相比,可以節(jié)水30%-50%。(圖1.2為一加氣節(jié)水龍頭)</p><p> 我國的水龍頭產(chǎn)業(yè)已呈現(xiàn)出百花爭奇的局面。從新型水龍頭的市場來看,這些節(jié)水的終端衛(wèi)士具有三個特點:一是結(jié)構(gòu)新穎。新型水龍頭多為不銹鋼或銅制陶瓷芯片式水龍頭,
11、其內(nèi)部有兩片緊貼在一起的陶瓷芯片,水龍頭的開關(guān)和水溫的控制都由這兩片陶瓷芯片前后左右移動調(diào)整。有的水龍頭配有出水不銹鋼網(wǎng)罩,放出的水柔性泡沫狀,讓人感到輕柔。用陶瓷芯片制作的水龍頭使用壽命大大延長,目前國際標(biāo)準(zhǔn)是30萬次開閉。二是功能多樣,新型水龍頭既有延時系列,也有感應(yīng)系列。廚房用的水龍頭一般都為長嘴可旋轉(zhuǎn)式,安裝在兩個洗盆中間,可靈活調(diào)用。有一種新式臺盆用水龍頭,其出水嘴帶一軟管,類似于淋浴用的花灑。還有一種水龍頭的手柄上有溫度顯示
12、,可精確地調(diào)控水溫。三是造型優(yōu)異。新型水龍頭大都有流暢的造型和不同的顏色,這使水龍頭多了一種裝飾功能。有些水龍頭表面鍍鈦金、鍍鉻、烤漆、烤瓷等,造型上除常見的流線型、鴨舌型外,還有球型、細(xì)長的圓錐形、倒三角形等,這些造型使水龍頭有時看起來更像一件藝術(shù)品。</p><p> 1.3目前水龍頭存在的問題</p><p> 普通水龍頭經(jīng)常出現(xiàn)停水忘關(guān)、關(guān)不嚴(yán)等現(xiàn)象,究其原因主要有以下幾種情況
13、:</p><p> 1、沒有節(jié)水意識:如開大水龍頭沖洗水果、洗衣服、沖拖把等;</p><p> 2、疏忽大意:如用水時突然停水沒關(guān)水龍頭或停水時打開水龍頭見沒水忘關(guān)了等或用完水后隨便一擰沒有擰緊;</p><p> 3、水壓因素:同樣的供水壓力、同樣用水器具,樓房底層出水量大于樓房頂層1-2倍以上,壓力越高用水點浪費水量越大,各樓層所處的高度不同,造成各樓
14、層水壓有所區(qū)別,特別是頂層與底層水壓相差最大。</p><p> 多年的節(jié)水工作經(jīng)驗告訴我們,僅僅憑著宣傳和經(jīng)濟(jì)處罰等手段是不夠的,必須依靠強(qiáng)有力的科技手段來實現(xiàn)節(jié)水。目前已廣泛使用的陶瓷芯水龍頭,其密封性能優(yōu)良,但它還不能解決以上幾種情況。</p><p> 1.4 本次設(shè)計的研究方向和技術(shù)路線</p><p> 1.4.1 研究方向</p>
15、<p> 本畢業(yè)創(chuàng)新設(shè)計主要源于節(jié)約用水、避免浪費的社會需要。為了解決上述兩種情況,設(shè)計具有以下功能的節(jié)水龍頭:</p><p> 1、圓珠筆按鈕式開關(guān):改變了傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式或搖動式開閉水龍頭方式,采用按鈕開啟關(guān)閉水龍頭。解決了使用過程中關(guān)不嚴(yán)滴水漏水問題;而且更方便使用,尤其殘廢人使用。</p><p> 2停水自閉:解決了用水時突然停水忘關(guān)水龍頭或停水時打開水龍頭見沒水忘關(guān)
16、造成水漫金山。</p><p> 3穩(wěn)定流量:解決因水壓不定因素造成的無形浪費。</p><p> 4增大出水面積 小流量下增大出水的水面積,更便于使用,節(jié)約用水。</p><p> 1.4.2 技術(shù)路線(如圖1.3所示)</p><p> 圖1.3 技術(shù)路線</p><p><b> 2 市場
17、調(diào)查</b></p><p> 1999年末,國家經(jīng)貿(mào)委、建設(shè)部、國家技術(shù)監(jiān)督局、國家建材局等部門聯(lián)合發(fā)出的《通知》要求,自2000年1月1日起,在大中城市新建住宅中強(qiáng)制淘汰鑄鐵水龍頭,推廣使用陶瓷芯節(jié)水型水龍頭。至今5年過去了,仍有70%的住戶沒有使用節(jié)水型水龍頭。</p><p> 日前,在北京科技博覽會環(huán)保專項展廳里,各式各樣的環(huán)保型產(chǎn)品吸引了眾多消費者與投資者的眼光
18、,節(jié)水型水龍頭更受到了部分市民的熱捧,當(dāng)場購買的不在少數(shù)。與之截然相反的是,筆者近日對北京某小區(qū)30名住戶的隨機(jī)調(diào)查中發(fā)現(xiàn),70%以上的住戶沒有使用節(jié)水型水龍頭,許多家庭仍在使用旋轉(zhuǎn)式鑄鐵水龍頭。</p><p> 目前,市面上所出售的節(jié)水水龍頭,主要有陶瓷芯片式、變距式、自閉式等多種高新技術(shù)的新型水龍頭。新型水龍頭封閉嚴(yán)密,感應(yīng)靈敏,關(guān)閉速度只有老式水龍頭的1/10,節(jié)水效果顯著。</p>&l
19、t;p> 我國是一個水資源貧乏的國家,人均水資源不足2200立方米,約為世界人均水資源占有量的1/4。為節(jié)約用水,國家經(jīng)貿(mào)委、建設(shè)部、國家技術(shù)監(jiān)督局、國家建材局等部門早在1999年就聯(lián)合發(fā)出的《關(guān)于推進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化提高住宅質(zhì)量若干意見的通知》(簡稱《通知》)要求,自2000年1月1日起,在大中城市新建住宅中強(qiáng)制淘汰鑄鐵水龍頭,推廣使用陶瓷芯水龍頭。</p><p> 《通知》發(fā)出后,引起了人們的廣泛關(guān)
20、注,可在推行過程中卻遇到了這樣那樣的困難。幾年前,北京市政府向市民免費發(fā)放了200萬只節(jié)水龍頭,可一陣熱鬧之后,許多市民甚至連包裝也沒拆就把免費發(fā)放的節(jié)水龍頭閑置在了柜子里。距《通知》發(fā)出至今5年多了,筆者近日對北京某小區(qū)的隨機(jī)調(diào)查發(fā)現(xiàn),70%的家庭沒有使用節(jié)水型水龍頭。據(jù)各地反映的情況表明,許多居民家中使用的仍然是非節(jié)水型的鑄鐵水龍頭,特別是經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)城市。全面推行節(jié)水型水龍頭仍是困難重重。</p><p>
21、 水龍頭市場混亂也是一個不爭的事實,近日,北京市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局對市內(nèi)陶瓷密封水龍頭產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行了監(jiān)督抽查,對昌平區(qū)42家經(jīng)銷單位所銷售的50種產(chǎn)品的抽查結(jié)果表明,不合格產(chǎn)品32種,抽樣不合格率高達(dá)64%,而產(chǎn)品價格也普遍偏高。從全國各地消協(xié)的統(tǒng)計表明,由冒充節(jié)水型水龍頭質(zhì)量問題所引發(fā)的投訴,近兩年有明顯的上升趨勢。</p><p> 全面推行需多方努力。</p><p> 相關(guān)專家指出
22、,節(jié)約用水是一項長期任務(wù),全面推行并普及節(jié)水型水龍頭,需要全社會的共同參與和努力。需要政府相關(guān)部門加大監(jiān)管力度;生產(chǎn)商加強(qiáng)行業(yè)自律,生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品;銷售商嚴(yán)把進(jìn)貨質(zhì)量關(guān);媒體加強(qiáng)宣傳與輿論監(jiān)督,進(jìn)一步規(guī)范水龍頭市場。提高人們節(jié)水的憂患意識,轉(zhuǎn)變?nèi)藗兟浜蟮挠盟^念和用水習(xí)慣,在全社會形成節(jié)約用水、合理用水的風(fēng)氣。</p><p> 目前,各級政府均出臺了相應(yīng)的政策,全面推行節(jié)水型社會的建設(shè),深圳、重慶已出臺相關(guān)政策
23、,將在今年7月1日起,在新建建筑中強(qiáng)制推行節(jié)水型水龍頭,天津已經(jīng)建立多個節(jié)水型生活小區(qū)……而節(jié)水型水龍頭質(zhì)量方面,經(jīng)國家認(rèn)監(jiān)委批準(zhǔn),國內(nèi)已經(jīng)成立了相關(guān)的節(jié)水龍頭認(rèn)證單位,消費者在市場上購買節(jié)水龍頭也可以通過辨識帶有“節(jié)字認(rèn)證標(biāo)志的龍頭。北京市政府網(wǎng)站上可以查到政府推薦采購的節(jié)水龍頭名錄。</p><p> 06年4月1日~5日,我跟同學(xué)走訪了一下荊州本地附近的水暖市場,經(jīng)過兩天的調(diào)查,市面上暫時沒有發(fā)現(xiàn)這種圓
24、珠筆式按鈕的水龍頭,有的只是那種按鈕延時水龍頭。這種水龍頭與本次設(shè)計的節(jié)水龍頭按鈕原理功能是不同的。一位經(jīng)銷商說:“現(xiàn)在還沒有見過這種按鈕的水龍頭,有的話應(yīng)該會蠻貴,100塊錢以上。”06年5月3日,我們對福建省南安豐元水龍頭有限公司進(jìn)行電話咨詢。該公司稱目前他們也沒有生產(chǎn)這種圓珠筆式按鈕的水龍頭,有生產(chǎn)那種按鈕延時水龍頭,按下去后,出水5秒鐘自動關(guān)閉?,F(xiàn)階段的水龍頭主要講究節(jié)水、美觀、造型、個性……所以說目前我們所設(shè)計的水龍頭應(yīng)該講究
25、以上幾個特點。</p><p><b> 3 方案設(shè)計與選擇</b></p><p> 針對前言(1.4研究方向和技術(shù)路線),逐個設(shè)計出解決方法:</p><p> 1按鈕式水龍頭(一次性開啟與關(guān)閉)——引用按鈕式圓珠筆按鈕原理 </p><p> 2停水自閉——利用彈簧彈力及水的壓力</p>&l
26、t;p> 3限制流量——利用彈簧彈力及水的壓力反饋 </p><p> 4增大出水面積——只需在出水口加裝一個噴淋裝置</p><p> 基于以上解決方法,設(shè)計以下兩個方案:</p><p><b> 3.1 設(shè)計方案1</b></p><p> 方案1:(見圖3.1)結(jié)構(gòu)簡圖如下所示</p>
27、;<p> 圖3.1 方案1原理功能圖</p><p> 3.1.1 方案原理</p><p> 零件2固定在水龍頭接管上,零件1可在零件2滑動來控制出水口的開閉。零件1上方加裝一個圓珠筆按鈕裝置。零件3可在水壓下自由滑動來控制零件3與零件2的開度。如此圖所示為停水狀態(tài)。零件1處于開啟狀態(tài),停水時零件3在無水壓下被彈簧的彈力下向下移動并被具有始終向里趨勢銷卡死,即使此
28、時來水,水壓無法使零件3移動,因而無法開啟水龍頭。達(dá)到了停水自閉的功能。同時通過設(shè)計零件3和零件2的開度不同,在水壓的作用下調(diào)節(jié)開度的大小。當(dāng)水壓正常時,開度適中,當(dāng)水壓過大時開度反而減小,達(dá)到了穩(wěn)定流量的作用。</p><p> 3.1.2 方案1存在的問題</p><p> 此方案從原理上基本滿足原理要求,但存在著許許多的問題。首先,零件的制造要求精度高,密封性好。這樣無形中增加了
29、水龍頭的成本。其次在零件1與2,2與3之間相對運動時存在著壓縮空氣問題。經(jīng)初步計算,零件尺寸適當(dāng)時壓縮空氣產(chǎn)生作用力很大。如果零件的尺寸設(shè)計很大時,雖壓縮空氣產(chǎn)生的作用力不大,但尺寸過大不符合實際。如果設(shè)計零件壓縮空氣的地方與外界大氣壓相通的話,就必須大大提高零件的加工精度,在水龍頭使用一段時間后,由于運動產(chǎn)生磨損,配合間隙增大,降低密封性,水龍頭的使用壽命縮短。再次,設(shè)計計算摩擦力,彈簧彈力時不好確定計算。</p>&l
30、t;p> 總而言之,此方案原理可行但存在著許多不實用之處,加工成精度要求高,難以保證。</p><p><b> 3.2 設(shè)計方案2</b></p><p> 由于方案1存在著許多缺陷與不合理,因此放棄了方案1。經(jīng)過了多天的努力終于想出了設(shè)計方案2,結(jié)構(gòu)裝配圖3.2所示。</p><p> 3.2.1 原理簡介</p>
31、<p> 水龍頭打開時,在水壓的作用下18向左移動,缺口與入水口相通,(如圖3.2所示)此圖為停水時,水龍頭處于開啟狀態(tài)。如果停水時18被向下的3頂死,此時即使水來了,入水口的水也無法流向出水口。水龍頭使用時,3處于18的右腔,此時如果突然停水,18在彈簧2的作用下向右移動,3滑向18的左邊腔,頂死18。此時如果忘了關(guān)閉水龍頭,來水的時候,入水口的水也無法流向出水口。這樣便達(dá)到了停水自閉的功能。同時在18的左邊空間是與其
32、上面空間相通的。當(dāng)水龍頭處于使用狀態(tài),水壓對18又具有反饋作用,18能自動調(diào)節(jié)進(jìn)水口流向出水口的流量。此水龍頭的上部分是圓珠筆的按鈕裝置,其原理跟圓珠筆相同,在這就不詳細(xì)介紹了。</p><p> 圖3.2 方案2原理功能圖</p><p> 3.2.2 方案2的設(shè)計演化</p><p> 方案2是經(jīng)過多次的思考設(shè)計而出來的,經(jīng)歷了以下幾個的設(shè)計修改。<
33、;/p><p> 因為停水自閉功能只需要在水龍頭打開的狀態(tài)下才產(chǎn)生作用,所以在水龍頭關(guān)閉時就無需考慮停水自閉問題,因而大大減化了問題的復(fù)雜性。圖3.3為方案2的最初設(shè)計圖(如下):</p><p> 圖3.3 連動銷最初設(shè)計圖</p><p> 圖3.3所示,雖然在停水時開啟水龍頭忘了關(guān),能夠解決停水封閉的問題,但在水龍頭使用過程中,如果忽然停水就無法自閉了。如
34、圖3.3所示,水龍頭使用時連動銷桿處于活塞的右邊腔,此時如果突然停水,連動銷桿無法向上移動,活塞無法在彈簧作用下向右移動。為了解決這一問題,經(jīng)過多次的設(shè)計修改把圖3.3設(shè)計為圖3.4所示。 </p><p> 在圖3.3的其的基礎(chǔ)上其它大部分不變,對連動銷進(jìn)了設(shè)計修改。此裝置就解決了以上的問題。水龍頭正常使用中,伸到活塞的連動銷處于活塞右邊腔。此時如果停水,在彈簧彈
35、力的作用下活塞向右移動,此過程中連動銷在活塞斜槽內(nèi)先向上移動,移動到活塞左邊腔時自動落下,鎖死活塞。這樣就實現(xiàn)了停水自閉功能。如果需要用水時,需要先關(guān)閉水龍頭,連動銷向上被拔起,再按下水龍頭,此過程中,活塞向左移動,連動銷桿會落到活塞右邊腔,這又如同上述狀態(tài)了。</p><p> 圖3.3、圖3.4結(jié)合只是初步實現(xiàn)原理功能,還沒有考慮到尺寸的合理設(shè)計及加工工藝的實現(xiàn)。經(jīng)過了最后的思考設(shè)計修改為圖3.2所示也即是
36、最終的結(jié)構(gòu)裝配圖。</p><p> 3.2.3 方案評價</p><p> 方案2在原理上實現(xiàn)了本次畢業(yè)設(shè)計的原理要求。此方案采用連桿活塞及橡膠墊片,橡膠套,使密封性能更好;加工的零部件精度無需要求太高,提高生產(chǎn)出率,大大降低生產(chǎn)成本。無論從加工工藝還是制造成本都是無可非議的。此方案還可把停水自閉功能部份去掉,制造成一個較低檔次的節(jié)水龍頭。(詳細(xì)見4方案的原理設(shè)計)。</p&g
37、t;<p><b> 4 方案的原理設(shè)計</b></p><p> 本章主要介紹方案2節(jié)水龍頭的原理功能,創(chuàng)新點,使用說明。經(jīng)過了方案的選擇和改造,最后設(shè)計的新型節(jié)水龍頭裝配圖4.1如下所去示:</p><p> 圖4.1 原理裝配圖</p><p> 1——殼體;2——彈簧;3——連動銷;4——閥蓋;5——銷;6——連
38、桿活塞;</p><p> 7——轉(zhuǎn)子;8——定子;9——按柄;10——按套;11——彈簧;12——密封圈;</p><p> 13——密封墊;14——閥座;15——密封墊;16——彈簧;17——連動銷座;</p><p> 18——活塞;19——密封套</p><p> 4.1 方案原理(如上圖4.1所示)</p>&
39、lt;p> 4.1.1 圓珠筆按鈕式開關(guān)</p><p> 新型節(jié)水龍頭采用按鈕式開關(guān),其原理同按鈕式圓珠筆,零件7、8、9、10組成按鈕裝置。按下去的時候,密封墊15與連桿活塞6分離,水龍頭處于開啟狀態(tài),按上來時正好相反,6與15閉合,水龍頭處于關(guān)閉狀態(tài)。這里面彈簧11的彈力一定要大于連桿活塞6的重力、摩擦力及拉拔連動銷3鎖入活塞左槽時的拉力。此設(shè)計有個優(yōu)點,水龍頭關(guān)閉時水壓力越大密封性能越好。<
40、;/p><p> 創(chuàng)新點:圓珠筆按鈕式水龍頭改變了傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式或搖動式開閉水龍頭方式,打破了現(xiàn)行龍頭的啟閉結(jié)構(gòu),變旋轉(zhuǎn)運動為直線運動,一次性開啟關(guān)閉水龍頭。解決了使用過程中關(guān)不嚴(yán)滴水漏水問題。</p><p><b> 4.12 停水自閉</b></p><p> 停水自閉功能是在停水時利用彈簧釋2放出來的能量推動活塞18堵死進(jìn)水口,在水龍頭開
41、啟的狀態(tài)下,連動銷3往下移動,頂死活塞18,(上圖4.1水龍頭處于開啟停水狀態(tài))。此時如果來水,水壓并無法推動活塞18,水龍頭處于開啟狀態(tài)亦不會出水,達(dá)到了停水自閉的功能。此時若需要用水,按下按鈕關(guān)閉水龍頭,連動銷3在連桿活塞6及其的作用下向上被拔起,活塞18在水壓力下被往左推。再按下按鈕開啟水龍頭,此時連動銷3并不會落到如圖活塞18槽的位置而是偏向右邊的槽,此時處于正常供水狀態(tài)。彈簧13的彈力只需要在停水能使連動銷3自動鎖入活塞18左
42、邊槽即可。</p><p> 創(chuàng)新點:斷水后,彈簧2迅速把活塞18推至阻塞位,水龍頭在開啟狀態(tài)下連動銷3能自動鎖死活塞18,使供水通路關(guān)閉。解決了用水時突然停水沒關(guān)水龍頭或停水時打開水龍頭見沒水忘關(guān)了問題。</p><p><b> 4.1.3穩(wěn)定流量</b></p><p> 水龍頭正常供水時,連動銷3處于活塞18右邊槽,并不影響活塞1
43、8的運動?;钊?8左邊腔亦是與其上方腔相通的,左邊腔的水壓對活塞18具有反作用,當(dāng)供水壓力增大時,左邊腔的水壓也跟著增大,加上彈簧2的作用,使活塞18右移,進(jìn)水口與連桿活塞6腔通口面積減小,減小進(jìn)水量;同理,當(dāng)供水壓力減小時,活塞左移,增大進(jìn)水量。這樣就達(dá)到了平衡出水量,起到了限流的作用。這里的彈簧2彈力只需略大于活塞18與腔的摩擦阻力即可,避免供水壓力較小時無法正常用水。</p><p> 創(chuàng)新點:恒定出水量
44、。解決因水壓因素不定造成的無形浪費。</p><p> 4.1.4增大出水面積</p><p> 增大出水面積其實就是在節(jié)水龍頭出水口加一個噴淋裝置。噴淋出水功能是通過小流量噴淋出水方式將出水面擴(kuò)大,十分便于日常生活中洗手、沖物等直接用水的需要且非常省水。噴淋節(jié)水效果隨出水口口徑及出水孔大小的設(shè)計而變化。如果需要柱流出水只需卸下噴淋裝置。建議平常使用時帶有噴淋裝置,經(jīng)過實驗檢測在實現(xiàn)同
45、等功效的情況下噴淋用水比柱流用水最低節(jié)省60%左右。</p><p> 創(chuàng)新點:一個簡單的噴淋裝置,小流量下增大出水的水面積,更便于使用,節(jié)約用水。</p><p><b> 4.2使用說明</b></p><p> 將本節(jié)水龍頭與普通水管相連接即可。使用時同使用圓珠筆相通,按下去開啟,按上來關(guān)閉。使用時停水,活塞18將被彈簧2推至阻塞位
46、,此時連銷會被活塞槽推動并進(jìn)入活塞18的左邊槽頂死活塞18使供水通路關(guān)閉。停水過程中,若有人將水龍頭開啟而未關(guān)閉,連動銷會自動鎖入活塞18左邊槽,使供水通路始終保持關(guān)閉。</p><p> 此產(chǎn)品為新型節(jié)水專利產(chǎn)品,適用于各種公共場所及家庭. 1.自動節(jié)水龍頭采用獨特,超前的理念專為節(jié)水而特殊設(shè)計。集傳統(tǒng)之高雅,實用與智能相統(tǒng)一,傳播節(jié)水新文化,體現(xiàn)使用者超前節(jié)約意識。2.選材嚴(yán)格,工藝精細(xì),閥芯采用
47、優(yōu)質(zhì)黃銅精密制造,結(jié)構(gòu)科學(xué),智能環(huán)保;閥體為銅合金制造,堅固耐用,性能可靠。 3.按鈕操作使用方便,使用時同使用圓珠筆相同,按下去開啟,按上來關(guān)閉。停水后忘關(guān)或停水時開啟后忘關(guān)會自動關(guān)閉,高效節(jié)能,為您節(jié)省水費。 4.順?biāo)麝P(guān)閉,垂直密封取代磨擦密封,且磨損自補不易滴漏。不需要用電也無需感應(yīng)及其他任何動力,使用和安裝方法與普通水龍頭完全一樣。5.同等口徑的水龍頭在水壓力變化的時出水量也在變化,同樣的供水壓力、同樣用水
48、器具,樓房底層出水量大于樓房頂層1-2倍以上,壓力越高用水點浪費水量越大,商品房、酒店、賓館各樓層所處的高度不同,造成各樓層水壓有所區(qū)別,特別是頂層與底層水壓相差最大??头俊N房 、宿舍、桑拿等用水點在配置水龍頭時采用同一型號的龍頭,如果頂部樓層用水感覺良好,底層水壓高于頂層1-2倍,出水量也增大1-2倍,這樣就造成水源浪費。本設(shè)計的節(jié)水原理是:以正常使用感覺良好</p><p><b> 4.3產(chǎn)品
49、特點</b></p><p> 無滴漏 打破了現(xiàn)行龍頭的啟閉結(jié)構(gòu),變旋轉(zhuǎn)運動為直線運動,垂直壓合密封,密封面無旋轉(zhuǎn)摩擦,克服或避免了自然性磨損后的跑冒滴漏。</p><p> 防點滴線流 打開龍頭的最小流量足以使水表轉(zhuǎn)動,防止或杜絕了人為的點滴無計量偷水,減少了供水管網(wǎng)的漏失率。</p><p> 初步估計,該產(chǎn)品如果大批量生產(chǎn),使用銅合金模注制作
50、,生產(chǎn)成本在40元左右;使用塑料模具生產(chǎn)制作,生產(chǎn)成本在20元左右。</p><p><b> 4.4附加設(shè)計</b></p><p> 圖4.2所示的裝配圖也可以把功能1獨立出來作為一個定位較低的簡易節(jié)水龍頭(按鈕式水龍)其功能同普通節(jié)水龍頭相同并且能解決我們生中沒關(guān)緊關(guān)嚴(yán)水龍頭的問題。初少估計,如果使用銅合金模注大批量生,生產(chǎn)成本在6元左右。其裝配圖如下所示&
51、lt;/p><p> 圖4.2 簡易水龍頭原理裝配圖</p><p><b> 5 零件設(shè)計</b></p><p> 本節(jié)主要介紹圖4.1所示部分零件的配合選擇,表面粗糙度選擇,其它零件見附圖。由于此設(shè)計為創(chuàng)新設(shè)計,零件尺寸只能參照現(xiàn)有的產(chǎn)品,然后進(jìn)行比較合乎實際需求的尺寸制定。</p><p> 5.1配合的選
52、擇 (零件設(shè)計中有兩處比較重要的配合)</p><p> 5.1.1活塞18與殼體1孔的配合[13]</p><p> 活塞18與殼體1孔之間的配合主要起停水自閉功能。在能夠?qū)崿F(xiàn)原理功能的前提下還需要有一定的密封性。根據(jù)[13]郭芝俊、左寶山、張桂芳、張寶興主編的《機(jī)械便覽》(天津科學(xué)技術(shù)出版社出版 2004年9月)第71頁中的優(yōu)先配合特性及應(yīng)用舉例,活塞18與殼體1孔的配合采用H7
53、/g6(理由:1選用基孔制容易加工;2H7/g6間隙很小的滑動配合,用于不希望轉(zhuǎn)動、但可以自由移動和滑動并精密定定位時,也可用于要求明確的定位配合,相當(dāng)舊國標(biāo)D/db)。其配合如圖5.1所示。</p><p> 圖5.1 活塞與殼體的配</p><p> 5.1.2連桿活塞6桿與閥蓋4孔的配合[13]</p><p> 連桿活塞6桿與閥蓋4孔的配合需要有一定
54、的定位精度及密封性。同上連桿活塞6桿與閥蓋4孔的配合采用H7/g6,如圖5.2所示。</p><p> 圖5.2 連桿活塞與閥座的配合</p><p> 5.2表面粗糙度的選擇[14]</p><p> 根據(jù)[14]《機(jī)械設(shè)計制圖手冊》(同濟(jì)大學(xué)出版社出版 1994年8月)第335頁:粗糙度為Ra0.4 應(yīng)用范圍為要求能長期保持所規(guī)定的配合特性的IT7的
55、軸和孔的配合表面。高速工作下的軸頸及襯套的工作面,7級精度的大小齒輪工作面,蝸桿齒面(7~8級精度),滾動軸承軸頸。 要求保證定心及配合特性的表面,如滑動軸承軸瓦的工作表面。 不要求保證定心及結(jié)合特性的活動支承面,如推桿,導(dǎo)桿表面。 工作時愛反復(fù)應(yīng)力的重要零件,在不破壞配合特性下工作要保證其耐久性和疲勞強(qiáng)度所要求的表面,如受力螺栓的圓柱表面,曲軸和凸輪的工作表面;</p><p> 粗糙度為Ra6.3 應(yīng)用范圍
56、 半精加工表面。不重要零件的非配合表面或和其它零件連接而不是配合表面。</p><p> 根據(jù)上述需要配合地方選擇粗糙度Ra0.4,其它不需要配合的地方選擇粗糙度為Ra6.3。具體見附圖中的零件圖。</p><p> 5.3材料的選擇[13] [14]</p><p> 本產(chǎn)品適合鑄造大批量生產(chǎn),現(xiàn)階段水龍頭大部份采用銅材料。一般來說,水龍頭的主體原材料分為雜
57、銅和純銅,更高級的是銅鎳混合材料。純銅由于不容易腐蝕氧化,經(jīng)過多次拋光后,有利于電鍍,質(zhì)量也相對雜銅來說更好。采用銅材料不僅美觀,同時具有殺菌作用。</p><p> 殼體1、閥座14、連動銷座17選用材料鑄錫青銅(ZQSn5-5-5)。根據(jù)[13]郭芝俊、左寶山、張桂芳、張寶興主編的《機(jī)械便覽》(天津科學(xué)技術(shù)出版社出版 2004年9月)第157頁:這種材料切削加工性能好,適用于成型鑄造和離心鑄造。用于受中等
58、沖擊載荷和在液體或半液體潤滑及耐蝕條件下工作的零件,如軸承、軸瓦、蝸輪、螺母、及壓力1Mpa以下的蒸汽配件。</p><p> 連動銷3、閥蓋4、連桿活塞6、按柄9、按套10、活塞18選用材料普通黃銅(H62)。此種材硬度較低、容易切削、價格較低。</p><p> 轉(zhuǎn)子7、定子8選用材料鑄鋁青銅(ZQAl10-3-1.5)。根據(jù)[14]郭芝俊、左寶山、張桂芳、張寶興主編的《機(jī)械便覽》
59、(天津科學(xué)技術(shù)出版社出版 2004年9月)第157頁:這種材料主要用于制造高強(qiáng)度、高耐磨性、高耐蝕性的零件,如蝸輪、螺母、軸套、齒輪等;制造棒材、管材、鑄件和防銹零件。</p><p> 5.4 幾個典型零部件的設(shè)計</p><p> 5.4.1殼體1的尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(如下圖5.3所示)</p><p> 圖5.3 殼體尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計</p>&
60、lt;p> 5.4.2活塞的18尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(如下圖5.4所示) </p><p> 5.4.3連桿活塞6及銷5的尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(如下圖5.5所示)</p><p> 圖5.5 連桿話塞及銷的尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p> 6 模型的制作與調(diào)試</p><p> 由于理論與實踐總存在著差距,因此決定制作出模型看是否能實現(xiàn)其功能
61、。</p><p> 5月20日,開始了模型的加工制作。</p><p> 因為缺少實際工作經(jīng)驗,設(shè)計尺寸與加工尺寸存在著許多的差距,所示在零件的設(shè)計尺寸上存在著許多不合理的地方。如:加工螺紋需要退刀槽;螺紋太短,螺距不宜太大;部份尺寸的標(biāo)注不符合加工要求等等。幸好在經(jīng)驗豐富宋宏高級工程師的細(xì)心指導(dǎo)下,發(fā)現(xiàn)并修正過來。加工模型的工作就完全交給了宋師傅。</p><p
62、> 加工零件圖紙雖經(jīng)過修正,但仍存在著不少問題,這些問題都由宋師傅在加工過程幫我解決了。在宋師傅的一個多星期精心加工下,模型終于出爐。6月1號我拿到了模型。拿到的模型只是加工的零件,還未進(jìn)行裝配。裝配的彈簧和墊片因沒有選擇標(biāo)準(zhǔn)件,因此需要自己動手進(jìn)行裁剪,并進(jìn)行安裝與調(diào)試。</p><p> 安裝完后就是進(jìn)行測試看是否能實現(xiàn)本次設(shè)計的功能。因為設(shè)計中有許多看不到的細(xì)節(jié),測試調(diào)試時就出了不少問題,如:&l
63、t;/p><p> 圖6.1 停水時連動銷的受力圖 圖6.2 改造后的活塞18填充圖</p><p> 存在問題1(如圖6.1所示)。 </p><p> 圖6.1所示為連動銷3與活塞18裝配處的局部放大圖?;钊?8在彈簧的作用下有向右運動的趨勢,F(xiàn)1和F2為
64、連動銷的受力情況。由此不難看出,此時若要拔起連動銷3就需要蠻大的力氣因此,此處設(shè)計很不合理。最后用塑料填平把斜槽去掉,如下圖6.2所示為填平的活塞18。</p><p> 存在問題2(如圖6.3所示)。</p><p> 圖6.3所示為活塞18與密封套19局部放大圖。此設(shè)計并無法解決密封性問題。水龍頭雖能實現(xiàn)停水自閉功能,但由于密封問題,停水自閉后來水,水龍頭出水口還是會出水,只是比沒
65、有停水自閉時出水量小。因此把圖6.3的密封處修改成圖6.4所示,這樣密封問題基本上解決了。(填充黑處為o型密封圈。)</p><p> 存問題3:功能1按鈕開關(guān)與功能2停水自閉均能完美實現(xiàn),但功能3穩(wěn)定流量基本沒有達(dá)到預(yù)期效果。究其原因,是活塞18與殼體1沒有達(dá)到密封要求。根據(jù)液壓傳動壓力反饋原理,要實現(xiàn)壓力反饋,活塞18與殼體1必須有嚴(yán)格的密封,要解決這一問題有很大的難度,首先是加工方面,需要有較高的精度;其
66、次是配合方面,光靠金屬之間的配合是無法達(dá)到密封要求的,需要在活塞18上面添加密封圈。</p><p> 最后經(jīng)過裝配調(diào)試出來的模型如下列圖所示。(因為出水嘴比較不好加工,就直接加工了個孔代替。)</p><p><b> 7 結(jié)束語</b></p><p> 緊張而有序的畢業(yè)設(shè)計終于接近尾聲,回首這三個多月的點點滴滴,覺得自己受益匪淺。通
67、過這次畢業(yè)設(shè)計,培養(yǎng)了我對工作認(rèn)真負(fù)責(zé)、一絲不茍、協(xié)作攻關(guān)的精神;鍛煉了我潛心考察、勇于開拓與實踐的基本素質(zhì);使我獲得了從文獻(xiàn)、科學(xué)實驗、生產(chǎn)實踐和調(diào)查研究中獲取知識的能力;提高了我從別人經(jīng)驗、從其它學(xué)科找到解決問題的新途徑的悟性。</p><p> 這次畢業(yè)設(shè)計不同于以往的課程設(shè)計,它持續(xù)時間長,且要完成的內(nèi)容也較多,從查閱資料、中英文翻譯到開題報告,再到方案設(shè)計,最后到完成畢業(yè)設(shè)計文論文等等,每個環(huán)節(jié)都不能
68、忽視。通過這次畢業(yè)設(shè)計,我有了很大收獲。</p><p> 首先,我查閱了大量文獻(xiàn)資料,深入了解有關(guān)水龍頭設(shè)計的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,并以陶瓷式節(jié)水龍頭的設(shè)計為例,學(xué)習(xí)和分析了相關(guān)的設(shè)計方案,并選出了最佳設(shè)計方案進(jìn)行了設(shè)計。通過這次設(shè)計,我學(xué)到了許多有關(guān)水龍頭設(shè)計方面的知識,知道了其設(shè)計的一般步驟及各系統(tǒng)設(shè)計的原則和注意事項,已達(dá)到了這次畢業(yè)設(shè)計的最終目的。</p><p> 其次,在
69、這次設(shè)計過程中,鞏固了我以前所學(xué)的知識,包括零件設(shè)計、機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計、AutoCAD、PRO/E畫圖等等,同時在知識的綜合運用、設(shè)計能力、機(jī)械制圖、計算機(jī)的運用及英文翻譯等方面有了很大的提高。當(dāng)然也發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足,這就要求在以后的工作和學(xué)習(xí)中加以彌補,努力提高自身的各種能力和素質(zhì)。</p><p> 尤為重要的是,經(jīng)過本次設(shè)計,我已初步掌握了有關(guān)水龍頭設(shè)計的基本方法,有了一定的設(shè)計經(jīng)驗,具備了較好的設(shè)
70、計思想,并在很大程度上提高了自己的獨立科研能力和創(chuàng)新思維能力。</p><p> 這次畢業(yè)設(shè)計雖然是對畢業(yè)生的一項測試,但我認(rèn)為這次畢業(yè)設(shè)計對我個人非常重要。因為它除了使我加深了對書本知識的理解外,更使我獲得了走向?qū)嵺`、投入社會所必需的基本素質(zhì),使我通過了從校園奔向工作崗位的重要環(huán)節(jié)。我相信經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計這一環(huán)節(jié)的鍛煉,我將能夠在今后的工作崗位中很快適應(yīng)新的環(huán)境,去迎接新的挑戰(zhàn)。</p><p
71、> 這次設(shè)計的原理功能基本上能實現(xiàn)其原理功能,這種設(shè)計的水龍頭不僅可以節(jié)省用水,且方便實用。如果本設(shè)計節(jié)水龍頭實際應(yīng)用于生活中應(yīng)該能產(chǎn)生積極的效果,特別是附加設(shè)計中的較為低檔的按鈕式水龍頭,不管是功能還是價格上都能讓廣大消費者所接愛。</p><p> 此次設(shè)計也有不完美之處,如無法方便調(diào)節(jié)出水量大小,密封性設(shè)計存在一定的問題,對外觀也只是進(jìn)行了粗略設(shè)計,由于時間比較緊迫,所遺留問題有待在實際工作中進(jìn)一
72、步研發(fā)。</p><p><b> 致謝</b></p><p> 緊張的畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束了,大學(xué)三年的生活也到了尾聲。此時此刻感慨萬千,首先,感謝指導(dǎo)教師在這半年對我的指導(dǎo)、幫助和鼓勵。再次,我要向機(jī)電工程系的全體老師表示感謝,感謝他們對我學(xué)習(xí)和生活上的關(guān)照,沒有他們的諄諄教誨,我不可能掌握扎實的專業(yè)知識,也不可能順利完成畢業(yè)設(shè)計。同時,我也要向與我同窗幾載的同
73、學(xué)表示感謝,學(xué)習(xí)上互助,生活中的點點滴滴使我們建立了偉大而又深厚的友誼。就要分別了,衷心祝福各位一路走好!</p><p> 在實際完成論文的過程中,由于受個人的知識、經(jīng)驗和能力的限制,論文肯定存在不足之處,我懇請各位老師提出批評和指正。我會在以后的學(xué)習(xí)和工作中嚴(yán)格要求自己,努力提高自己的專業(yè)水平,以不辜負(fù)老師對我的期望。</p><p> 最忠心的感謝! </p&
74、gt;<p><b> 參考文獻(xiàn):</b></p><p> [1]楊源泉主編;閥門設(shè)計手冊;北京機(jī)械工業(yè)出版社;1992</p><p> [2]洪勉成等編;閥門設(shè)計計算手冊;北京國標(biāo)出版社;1994</p><p> [3]陸培文等編著;閥門選用手冊;機(jī)械工業(yè)出版社;2001</p><p>
75、 [4]上海第二石油機(jī)械廠等合編;國內(nèi)外高壓采油(氣)井口裝置資料匯編;機(jī)械工業(yè)部蘭州石油機(jī)械研究所;1994</p><p> [5]石油機(jī)械國外標(biāo)準(zhǔn)譯文匯編;動力及傳動機(jī)械井口裝置及閥門、鉆井工具;第一機(jī)械工業(yè)部蘭州石油機(jī)械研究所;1981</p><p> [6]萬仁溥等主編;采油技術(shù)手冊(修訂本);石油工業(yè)出版社;1996</p><p> [7]液壓
76、傳動設(shè)計手冊;上海煤礦機(jī)械研究所;1989</p><p> [8]林建亞主編;液壓元件;浙江大學(xué)出版社;2004</p><p> [9]嚴(yán)金坤主編;液壓元件;機(jī)械工業(yè)出版社;1996</p><p> [10]宋鴻堯、丁忠堯等編;液壓閥設(shè)計與計算;機(jī)械工業(yè)出版社;1988</p><p> [11]陳昆昌、陳子辰等編,大批量定制產(chǎn)
77、品仿生建?;A(chǔ)[J],工業(yè)出版社</p><p> [12]于帆主編;造型設(shè)計;北京國標(biāo)出版社;1994</p><p> [13]郭芝俊、左寶山、張桂芳、張寶興主編;機(jī)械便覽;天津科學(xué)技術(shù)出版社出版;2004年9月,70~73</p><p> [14]機(jī)械設(shè)計制圖手冊;同濟(jì)大學(xué)出版社出版;1994年8月;157~158</p><p&g
78、t;<b> 附圖1 殼體1</b></p><p><b> 附圖2 閥座04</b></p><p> 附圖3 連動銷3 附圖4 連桿活塞6 </p><p><b> 附圖5 按柄9</b></p><p> 附圖6 活塞1
79、8 </p><p><b> 附圖7 閥座14</b></p><p> 附圖8 連動銷座17</p><p><b> 附圖8 按套10</b></p><p> 附圖9 轉(zhuǎn)子7 附圖10 彈簧</p><
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