畢業(yè)設計---停水自動關閉閥門

1、<p><b>　　緒 論</b></p><p>　　閥門是隨著流體管路的產生而產生的。人類使用閥門已經有近4000年的歷史了。我國古代從鹽井中吸鹵水制鹽時，就曾在竹制管路中使用過木塞閥。公元前 1800年，古埃及人為了防止尼羅河泛濫而修建大規(guī)模水利工程是，也曾采用過類似的木制旋塞來控制水流的分配。這些都是閥門的雛形。工業(yè)用閥門的大量應用，是從瓦特發(fā)明蒸汽機以后 才開始的。二十

2、世紀初出現(xiàn)了鑄鋼、鍛鋼和鍛焊結構的閥門。</p><p>　　“閥”的定義是在流體系統(tǒng)中，用來控制流體的方向、壓力、流量的裝置。閥門是使配管和設備內的介質（液體、氣體、粉末）流動或停止并能控制其流量的裝置。 </p><p>　　閥門是管路流體輸送系統(tǒng)中控制部件，它是用來改變通路斷面和介質流動方向，具有導流、截止、調節(jié)、節(jié)流、止回、分流或溢流卸壓等功能。 用于流體控制的閥門，從最簡單的截止

3、閥到極為復雜的自控系統(tǒng)中所用的各種閥門，其品種和規(guī)格繁多，閥門的公稱通徑從極微小的儀表閥大至通徑達10m的工業(yè)管路用閥。閥門可用于控制水、蒸汽、油品、氣體、泥漿、各種腐蝕性介質、液態(tài)金屬和放射性流體等各種類型流體的流動，閥門的工作壓力可從0.0013MPa到1000MPa的超高壓，工作溫度從-269℃的超低溫到1430℃的高溫。閥門的控制可采用多種傳動方式，如手動、電動、液動、氣動、蝸輪、電磁動、電磁-液動、電-液動、氣-液動、正齒輪、

4、傘齒輪驅動等；可以在壓力、溫度或其它形式傳感信號的作用下， 按預定的要求動作，或者不依賴傳感信號而進行簡單的開啟或關閉，閥門依靠驅動或自動機構使啟閉件作升降、滑移、旋擺或回轉運動，從而改變其流道面積的大小以實現(xiàn)其控制功能。</p><p>　　本設計的水閥是在是在以上基礎上并考慮到現(xiàn)在我國水資源相對短缺而人們在用水的時候不知道節(jié)約用水的背景下設計出來的，該閥結構簡單、容易控制、加工制作方便、成本低、性能高，符合當

5、今廣大群眾使用。其主要由閥體、閥芯、閥桿、閥蓋等零件組成，而且所用材料來源豐富并且材料性能較好等。下面就讓我就此水閥做更詳細的說明。如有不足指出還請多多包涵并提出您的寶貴意見，我們會對您的意見欣然接受繼續(xù)完善我們的工作。</p><p>　　第一章 閥門的設計</p><p><b>　　一.設計目的</b></p><p>　　隨著社會的不

6、斷發(fā)展，人們的生活水平也在不斷的提高，家家戶戶都告別了原來的手壓井，用上了自來水。為了防止有人在停水時打開水龍頭而忘記了及時的關閉造成了水資源的浪費。我們根據(jù)實際的需求為廣大人民群眾設計出了這樣一套很實用而且特別的水閥—停水自動關閉閥。</p><p>　　二. 停水自動關閉閥門的創(chuàng)新與特色簡介</p><p>　　該停水自動關閉水閥在原有的相關的水閥的基礎上，改進了了它的結構，使其結構更

7、加簡單，操作方便，便于安裝，更適合與大眾的使用要求。在該停水自動關閉水閥中，運用了回復桿，它可以更好的完成來水時必須手動打開水閥的這一工作過程。</p><p><b>　　三.設計方案的擬定</b></p><p>　　在最近一個月的時間里，我和本組的其他成員團結合作，通過在圖書館及上網查閱相關資料和反復的討論，對設計創(chuàng)新的停水自動關閉閥門進行零件圖、裝配圖及立體圖

8、的繪制，在老師的指導下對圖形及方案進行了反復的修改，經過十幾天的不懈努力，對創(chuàng)新的停水自動關閉閥門設計出了兩套方案。下面結合圖形1-1和圖形1-2對兩套方案功能、原理、用途及其優(yōu)缺點方面進行比較和分析：</p><p>　　方案（一）：此方案結構簡單、便于操作、安裝放置方便，如圖1-1所示。該水閥由閥體（1）、閥芯（2）、閥芯、（3）閥蓋、（4）螺帽（5）回復彈簧（6）回復桿（7）端蓋等零件構成。當無水時，閥芯靠

9、自身的重力下落到如圖1-1所示的位置擋住進水口，使得水閥處于關閉狀態(tài)，回復彈簧恢復到原始位置，回復桿擋在閥芯上方，阻止閥芯在來水時向上運動，達到來水時水閥不會自動打開的效果。當來水正常用水時，將回復桿向外拔出，通過水的壓力及水的浮力使閥芯向上運動，進水口打開，使得水閥處于正常流通狀態(tài)。</p><p>　　圖1-1 設計方案一圖</p><p>　　方案（二）：此方案結構簡單，便于操作，

10、由閥體（1）、閥芯（2）、閥蓋（3）壓簧（4）、閥桿（5）、手柄（6）等零件構成。</p><p>　　該裝置如圖1-2所示位置放置，當無水時，靠重力把閥芯壓到如圖所示位置，使得水閥處于關閉狀態(tài)；在有水情況下用戶要用水時，拉動回復桿（6），由于水的最小壓力大于重力，閥芯處于進水口右端位置，進水口和出水口均處于打開狀態(tài)，使得閥處于正常流通狀態(tài)。</p><p><b>　　此方案的

11、缺點：</b></p><p>　　（1）安裝時擺放位置單一，不便于安裝；</p><p>　?。?）密封不易保證；由于如圖1-2所示位置閥芯與閥體之間的配合屬于間隙配合，當正常用水時，進水口出的水有可能會進入右腔中。</p><p>　　圖1-2 設計方案二圖</p><p>　　通過以上兩種方案的比較與分析，方案二結構簡單，

12、便于加工制造，但是此方案在安裝時擺放位置單一，閥體與閥芯之間既要保證良好的間隙配合又要保證其密封性，在加工時較難實現(xiàn)。方案一雖然在結構上較方案二復雜，但是在安裝時擺放位置較為靈活，其加工制造較方案二容易實現(xiàn)，密封性也較易保證。因此，從加工制造及實際使用方面考慮，選擇方案一較為合適。</p><p>　　四.機構與動作方案的設計、計算與分析</p><p>　?。ㄒ唬C構與動作方案的設計&l

13、t;/p><p>　　1.有水但水閥不打開：</p><p><b>　　圖1-3 </b></p><p>　　如圖1-3所示，當停水又來水時，由于暫時不用水，所以水閥處于關閉狀態(tài)?；貜蜅U擋住閥芯，阻礙閥芯向上運動，使得水閥仍然處于關閉狀態(tài)。</p><p>　　2.有水并打開水閥：</p><p>

14、;<b>　　圖1-4</b></p><p>　　如圖1-4所示，在用水時，手動將回復桿向外拔出，由于水向上的壓力與浮力的作用，使得閥芯向上運動到如圖位置，當水壓在臨界水壓的范圍之內時，閥芯將始終保持在如圖位置，使得水道一直保持暢通，從而達到水閥一直開啟的狀態(tài)。</p><p><b>　　3.停水時：</b></p><p

15、><b>　　圖1-5</b></p><p>　　如圖1-5所示，當停水時，由于閥芯受到自身重力的作用會向下運動，運動到回復桿的位置時，回復桿受到閥芯分力的作用會向左運動，而閥芯繼續(xù)向下運動，當閥芯運動到底部時，正好離開回復桿，而回復桿由于受到回復彈簧向右的恢復力又向右運動到原來的初始位置，回復桿的下方為水平的，從而擋住閥芯，使得閥芯即使在來水時也因回復桿的阻礙不能向上運動。從而達到

16、停水時水閥自動關閉，而在來水時必須要手動打開。</p><p>　?。ǘC構與動作方案的計算、說明與分析</p><p>　　選擇閥芯的材料為電木，材料的密度為1.5~2.0g/ cm3，在這里選取電木的密度為ρ=1.6 g/。在這里初定進水管的最低水壓為P=1.5。本設計為停水自動關閉水閥裝置，在前面已經介紹過，現(xiàn)在就其三種狀態(tài)進行以下分析、說明</p><p>

17、;<b>　　與計算:</b></p><p>　　1.有水情況下，需要用水時，手動拉動回復桿，打開水閥如圖2-1所示，</p><p>　　此時，芯的受力分析圖為</p><p><b>　　閥</b></p><p>　　圖2-1 </p><p>

18、<b>　　水的作用面積為：</b></p><p><b>　　S=πx</b></p><p><b>　　水的壓力</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=2.7 </b></p>

19、;<p><b>　　閥桿的重量為：G=</b></p><p><b>　　有上面的計算可知：</b></p><p>　　所以當手動打開其水閥利用水的壓力可實現(xiàn)水閥處于開啟狀態(tài)，當水閥處于臨界狀態(tài)時，其最小水壓為。</p><p>　　閥芯在水中受到的浮力為：</p><p>&l

20、t;b>　　由于：</b></p><p><b>　　得：</b></p><p>　　又因：=／S=0.013</p><p>　　所以，由以上計算可知，當手動打開時，其水壓最小為0.013才可是水閥保持開啟狀態(tài)。</p><p>　　故其水閥的適用壓力為0.013~1.5。</p>

21、<p>　　2.停水后水閥實現(xiàn)自動關閉狀態(tài)如圖2-2所示：</p><p><b>　　圖2-2</b></p><p>　　此時，其受力分析如上圖</p><p><b>　　由上部計算知：G=</b></p><p><b>　　比較得：</b></p>

22、;<p>　　所以，當自動停水后，閥門可實現(xiàn)自動關閉。</p><p>　　當水閥自動關閉后，復位桿復位，防止在下次來水時水閥自動打開。</p><p>　　3.在有水狀態(tài)下手動關閉水閥</p><p>　　此時，手動下壓閥桿，使水閥關閉，回復桿復位，如需打開，可手動拔出回復桿打開水閥即可：</p><p>　　4.回復桿端部角

23、度的設計與計算</p><p><b>　　如圖2-3所示：</b></p><p>　　圖2-3 回復桿受力分析圖</p><p>　　選取回復桿上的回復彈簧的彈性系數(shù)為：</p><p><b>　　由受力分析圖可知：</b></p><p>　　由于要保證實現(xiàn)水閥自動關

24、閉的功能，故：</p><p><b>　　得，</b></p><p><b>　　在這里選取值為。</b></p><p>　　第二章 閥門各零件的工藝設計及加工</p><p><b>　　一.閥體的零件分析</b></p><p><b&g

25、t;　　（一）閥體的作用</b></p><p>　　閥體是閥的一個主要零件，它是閥的主體部分。本閥為液壓閥，在閥體內，閥芯做上下移動使閥處于打開或關閉狀態(tài)。閥體上Φ20和Φ32的內孔上均有螺紋，Φ20孔上的螺紋用以連接四分管，Φ32的內孔上的螺紋用以固定端蓋。Φ6的孔用以安裝回復桿，在Φ32的內空中放置閥芯，由閥芯控制進水口的接通與關閉。</p><p>　?。ǘ╅y體零件的

26、工藝分析</p><p>　　選取閥體的材料為45鋼，由于制作的條件的限制，本設計用焊接的方法來加工此零件。</p><p>　　圖3-1 閥體工藝分析圖</p><p><b>　　如圖3-1所示：</b></p><p>　　該法閥體零件的主要加工面有Φ32H7孔，2個Φ20H7孔，一個Φ6H7孔，Φ40上表面。&l

27、t;/p><p>　　Φ40的上表面的平面度為0.05，影響閥體與閥蓋的接觸及密度。</p><p>　　Φ32的孔內表面影響閥芯在閥體中移動時的摩擦力和密封性。</p><p>　　Φ6的孔內表面影響到回復桿在使用時的摩擦力和密封性，Φ6孔的垂直度影響到回復桿在來水時閥芯向上運動的作用力。</p><p>　　兩個Φ20的孔影響進水口與四分管螺

28、紋連接的密封性。</p><p>　　經過參考文獻《機械加工工藝手冊》中有關面和孔的加工經濟精度及機床性能達到的位置精度可知，上述技術要求是可達到的，零件的結構工藝性是可行的。</p><p>　?。ㄈ┝慵墓に囈?guī)程設計</p><p><b>　　1.基面的選擇</b></p><p>　　基面選擇是工藝規(guī)程過程中的

29、重要工作之一。基面選擇的正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產率得到提高。則在加工工藝過程中會問題百出，更有甚者會造成零件大批量報廢，使生產無法正常進行。</p><p>　　1）粗基準的選擇：選擇粗基準主要是選擇第一道加工工序的定位基準，以便于后續(xù)的工序提供精基準。</p><p>　　現(xiàn)在選取下方的內孔和的下表面為粗基準。在銑床上用帶有子口的三爪卡盤夾住工件，消除工件的六個自由度，達

30、到完全定位。</p><p>　　2）精基準的選擇：主要考慮基準重合原則，當設計基準與工序基準不重合時應進行尺寸換算。</p><p>　　現(xiàn)在選取的中心線為精基準。</p><p><b>　　2.制作工藝路線</b></p><p>　　制作工藝路線的出發(fā)點應當是以使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到

31、合理的保證。</p><p>　　因此，可以考慮采用鉆床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產率，除此之外，還應考慮經濟效果，以使生產成本盡量下降。</p><p><b>　　3.工藝路線方案</b></p><p>　　工序0 粗車40外圓；</p><p>　　工序05 粗車20外圓；<

32、;/p><p>　　工序10 粗車40上端面；</p><p>　　工序15 半精車40外圓；</p><p>　　工序20 鉆、擴、粗鉸32孔；</p><p>　　工序25 鉆、擴、粗鉸20孔；</p><p>　　工序30 鉆、擴、粗鉸20孔；</p&

33、gt;<p>　　工序35 鉆6的孔；</p><p>　　工序40 車40的外螺紋；</p><p>　　工序45 檢查入庫。</p><p>　　4.機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定</p><p>　　根據(jù)資料分別確定各個加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸；</p>

34、<p>　　（1）外圓表面；此外圓表面為IT8級精度，參照《機械加工工藝手冊》確定各工序尺寸及加工余量，如表1-1所示。</p><p>　　表1-1 各工序余量和工序尺寸及公差</p><p>　?。?）外表面；參照《機械加工工藝手冊》確定各工序尺寸及加工余量，如表1-2所示。</p><p>　　表1-2各工序余量和工序尺寸及公差</p&g

35、t;<p>　?。?）的孔：參照《機械加工工藝手冊》確定各工序尺寸及加工余量，如表1-3所示</p><p>　　表1-3各工序余量和工序尺寸及公差</p><p>　　（4）的孔：參照《機械加工工藝手冊》確定各工序尺寸及加工余量，如表1-4所示。</p><p>　　表1-4各工序余量和工序尺寸及公差</p><p>　?。?

36、）加工余量計算如表1-5。</p><p>　　表1-5 加工余量和加工公差</p><p><b>　　二.閥芯的零件分析</b></p><p><b>　　閥芯的作用</b></p><p>　　閥芯位于閥體內部，在該停水自動關閉閥門中，閥芯用以在停水時靠自身重力向下運動到閥體底部，堵住進水

37、口，起到關閉水閥的作用。</p><p>　?。ǘ┝慵墓に嚪治?lt;/p><p>　　圖3-2 閥芯工藝分析圖</p><p>　　如圖3-2所示，閥芯的材料為電木，該材料為塑料，有較好的脆性，耐高溫，具有良好的機械加工性能。</p><p>　　閥芯零件上的主要加工面為下表面A，外圓周面B，閥芯上表面C，閥桿外圓周面D，連桿上表面E和閥芯

38、下方倒角斜面F。</p><p>　　外圓周面B的精度直接影響閥芯與閥體的配合及閥芯在閥體內上下運動時的摩擦力大小及密封性。因此，要求圓周面B的加工精度較高，在這里選取IT8級精度。同軸度為0.04，余下表面的垂直度為0.1。因此，在加工時，最好能在一次裝夾下降A、B、F三個面加工出來。</p><p>　?。ㄈ╅y芯毛坯的確定</p><p>　　根據(jù)零件的使用要

39、求確定零件的材料為電木，零件的最大直徑為32，總長度為113mm。所以選毛坯為長120mm，直徑36mm的棒料。</p><p>　　各加工表面的余量如表1-6</p><p>　　表1-6各加工表面總余量</p><p><b>　?。ㄋ模┕に囈?guī)程設計</b></p><p><b>　　1.定位基準的選擇&

40、lt;/b></p><p>　　選取毛坯的一個端面為粗基準，先車端面，確定A面，以A面為基準在進行B面的加工，確定A 面到C面的距離，倒角。將工件翻轉，在確定D圓周面的長度及加工，最后確定D面及倒圓角。</p><p><b>　　2.制定工藝路線</b></p><p>　　根據(jù)各表面的加工要求和各種加工方法能達到的經濟基準，確定各表

41、面的加工方法如下：</p><p>　　A面：粗車；B面：粗車——精車；C面：粗車；D面：粗車；E：粗車；F面：粗車。</p><p>　　因B面的精度要求較高，所以B面應在地一次裝夾下完成加工，以確保其加工精度。</p><p><b>　　工藝路線如下：</b></p><p>　　工序號 工序內

42、容</p><p>　　工序05 粗車端面A；</p><p>　　工序10 粗車外圓周面至33；</p><p>　　工序15 精車外圓周面B至32f6；</p><p>　　工序20 確定C面，粗車外圓周面D，重復進行，直至達到為止，A面到C面距離為32mm；

43、</p><p>　　工序25 粗車端面E。</p><p>　　3.選擇加工設備及刀、夾、量具</p><p>　　加工機床的選擇：由于閥芯零件為回轉體零件，并且其結構比較簡單，加工精度為IT8級，用普通車床就能達到預期的加工精度。結合現(xiàn)有加工設備，選CA6140車床。</p><p>　　加工刀具的選擇：零件材

44、料為電木，材料本身為塑料，脆性較好，耐高溫，所以較易加工，所以選高速鋼車刀為加工刀具。</p><p>　　夾具的選擇：由于零件結構為回轉體，所以用車床上自帶三爪定心卡盤來夾持工件。</p><p>　　量具的選擇：IT8級加工精度，在測量時用游標卡尺即可。</p><p><b>　　小結</b></p><p>　　

45、通過本次設計，是我逐步樹立了正確的設計思想，增強了創(chuàng)新和競爭意識。熟悉掌握了機械設計的一般規(guī)律，培養(yǎng)了我分析問題和解決問題的能力，進一步鞏固、加深和拓寬了我的專業(yè)知識面。通過設計計算、繪圖，以及運用技術標準和設計手冊等有關設計資料，使我進行了全面的機械設計基礎的技能訓練，并且明確了畢業(yè)后本專業(yè)的應用領域，也知道本專業(yè)在工業(yè)方面的重要性。同時對AutoCAD，Pro/E，word等軟件有了更深的了解。但是鑒于本人學術不精，經驗不足，再本次

46、設計中存在一定的失誤和欠缺，希望老師給予批評和幫助。在今后的工作學習中我會更認真努力。</p><p>　　本次設計在選擇零部件時漏水和閥芯的重力作用，選擇了閥芯的材料為電木，避免在來水時壓力過小，不能將閥芯浮起。再設計此創(chuàng)新設計時，零部件的尺寸不是完全由計算確定的，還要考慮其結構、工藝性、經濟性以及標準化、系列化等要求。</p><p>　　在設計過程中，從一開始的方案擬定確定設計方案，

47、到個零件的設計計算和加工工藝，尤其是閥體和閥芯的設計及加工工藝。經過不斷的修改，到最終的確定零件尺寸及加工過程，更讓我進一步認識到設計過程一定要嚴謹。</p><p>　　通過本次設計，基本掌握了設計的思路，相信這將對我以后的工作有很大的幫助，不管做的好壞，只有自己親自動手做了才能真正從中學到東西。</p><p><b>　　致謝</b></p>&l

48、t;p>　　經過近一個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，作為一個?？粕漠厴I(yè)設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導師xx老師。任老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從查閱資料到設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是x老師

49、仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩任老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。 </p><p>　　其次要感謝我的同學對我無私的幫助，特別是在軟件的使用方面，正因為如此我才能順利的完成設計，我要感謝我的母校——xx大學，是母校給我們提供了優(yōu)良的學習環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過課的每一位老師，是你們教會我專業(yè)知識。在此，我再說一次謝謝！謝謝大家！

50、??！。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　馬霄.互換性與測量技術基礎[M].北京理工大學出版社，2008.</p><p>　　楊慧敏，楚忠，王華云.液壓與氣壓傳動[M].西北工業(yè)大學出版社，2009.</p><p>　　李華.機械制造技術（第二版）[M].高等教育出版社，2008.&l