阀体的设计 毕业设计说明书

第一章阀门的设计

一、设计目的

随着社会的不断发展，人们的生活水平也在不断的提高，家家户户都告别了原来的手压井，用上了自来水。为了防止有人在停水时打开水龙头而忘记了及时的关闭造成了水资源的浪费。我们根据实际的需求为广大人民群众设计出了这样一套很实用而且特别的水阀—停水自动关闭阀。这套设计不是很完美，但是真的很实用。

二、停水自动关闭阀门的创新与特色简介

该停水自动关闭水阀在原有的相关的水阀的基础上，改进了它的结构，使其结构更加简单，操作方便，便于安装，更适合与大众的使用要求。在该停水自动关闭水阀中，运用了回复杆，它可以更好的完成来水时必须手动打开水阀的这一工作过程。

三、设计方案的拟定

在最近一个月的时间里，我和本组的其他成员团结合作，通过在图书馆及上网查阅相关资料和反复的讨论，对设计创新的停水自动关闭阀门进行零件图、装配图及立体图的绘制，在老师的指导下对图形及方案进行了反复的修改，经过十几天的不懈努力，对创新的停水自动关闭阀门设计出了两套方案。下面结合图形1-1和图形1-2对两套方案功能、原理、用途及其优缺点方面进行比较和分析：

方案一：此方案结构简单、便于操作、安装放置方便，如图1-1所示。该水阀由阀体（1）、阀芯（2）、阀盖（3）、回复弹簧（5）、回复杆（6）等零件构成。当无水时，阀芯靠自身的重力下落到如图1-1所示的位置挡住进水口，使得水阀处于关闭状态，回复弹簧恢复到原始位置，回复杆挡在阀芯上方，阻止阀芯在来水时向上运动，达到来水时水阀不会自动打开的效果。当来水正常用水时，将回复杆向外拔出，通过水的压力及水的浮力

图1-1 设计方案一图

方案二：此方案结构简单，便于操作，由阀体（1）、阀芯（2）、阀盖（3）压簧（4）、阀杆（5）、手柄（6）等零件构成。

该装置如图1-2所示位置放置，当无水时，靠压簧（4）的压力把阀芯压到如图所示位置，使得水阀处于关闭状态；在有水情况下用户要用水时，拉动手柄（6）由于水的最小压力大于压簧的压力，阀芯处于进水口右端位置，进水口和出水口均处于打开状态，使得阀处于正常流通状态。

此方案的缺点：

（1）安装时摆放位置单一，不便于安装；

（2）密封不易保证；由于如图1-2所示位置阀芯与阀体之间的配合属于间隙配合，当正常用水时，进水口出的水有可能会进入右腔中。

图1-2 设计方案二图

通过以上两种方案的比较与分析，方案二结构简单，便于加工制造，但是此方案在安装时摆放位置单一，阀体与阀芯之间既要保证良好的间隙配合又要保证其密封性，在加工时较难实现。方案一虽然在结构上较方案二复杂，但是在安装时摆放位置较为灵活，其加工制造较方案二容易实现，密封性也较易保证。因此，从加工制造及实际使用方面考虑，选择方案一较为合适。

四、机构与动作方案的设计、计算与分析

1、机构与动作方案的设计

（1）、有水但水阀不打开：

图1-3

图1-3

如上图1-3所示，当停水又来水时，由于暂时不用水，所以水阀处于关闭状态。回复杆挡住阀芯，阻碍阀芯向上运动，使得水阀仍然处于关闭状态。

（2）有水并打开水阀：

如上图1-4所示，在用水时，手动将回复杆向外拔出，由于水向上的压力与浮力的作用，使得阀芯向上运动到如图位置，当水压在临界水压的范围之内时，阀芯将始终保持在如图位置，使得水道一直保持畅通，从而达到水阀一直开启的状态。

3.停水时：

图1-5

如上图1-5所示，当停水时，由于阀芯受到自身重力的作用会向下运动，运动到回复杆的位置时，回复杆受到阀芯分力的作用会向左运动，而阀芯继续向下运动，当阀芯运动到底部时，正好离开回复杆，而回复杆由于受到回复弹簧向右的恢复力又向右运动到原来的初始位置，回复杆的下方为水平的，从而挡住阀芯，使得阀芯即使在来水时也因回复杆的阻碍不能向上运动。从而达到停水时水阀自动关闭，而在来水时必须要手动打开。

2、机构与动作方案的计算、说明与分析

选择阀芯的材料为电木，材料的密度为1.5~2.0g/ cm3，在这里选取电

设计为停水自动关闭水阀装置，在前面已经介绍过，现在就其三种状态进行以下分析、说明与计算:

（1）、有水情况下，需要用水时，手动拉动回复杆，打开水阀如下图2-1所示，

此时，阀芯的受力分析图为

F 浮

F 压

G

图2-1

水的作用面积为：

S=πx ?32

20（

10）

2

水的压力6

F P S =1.510π=???32

压20（

10）

2

=34.1710N ?

33331V 1010106102

π----=????????????-32-3-322

电木【（310）7510610+（16）（32-6）+（16）】

=2.7 ?5310m -

M V ρ=电木电木电木

阀杆的重量为：G=2

M g 4210N

-=?电木 有上面的计算可知：F F G +

所以当手动打开其水阀利用水的压力可实现水阀处于开启状态，当水阀处于临界状态时，其最小水压为min P 。

阀芯在水中受到的浮力为：

3F g V 7.510N ρ-==?浮水排

()2

331V 16106109.82

π--=??????排

由于：m i n F G F +=压浮

得：3m i n F G F 412.5

10N -=-=?压浮 又因：m i n F 压=min F 压／S=0.013a Mp

所以，由以上计算可知，当手动打开时，其水压最小为0.013a Mp 才可是水阀保持开启状态。

故其水阀的适用压力P 适为0.013a Mp ~1.5a Mp 。 （2）停水后水阀实现自动关闭状态如图2-2所示：

图2-2

此时，其受力分析图为

F 浮

G

由上部计算知：G=2

m g 4210N

-=?电木

比较得：G

F 浮

所以，当自动停水后，阀门可实现自动关闭。

当水阀自动关闭后，复位杆复位，防止在下次来水时水阀自动打开。 （3）在有水状态下手动关闭水阀

此时，手动下压阀杆，使水阀关闭，回复杆复位，如需打开，可手动拔出回复杆打开水阀即可：

（4）、回复杆端部角度的设计与计算

如下图所示：

图2-3

选取回复杆上的回复弹簧的弹性系数为：-2K=6.110? 由受力分析图可知：3F =cos sin G αα

由于要保证实现水阀自动关闭的功能，故：

3F F ≥弹

F d cot K α=弹

c o s

c o s s i n G

d c o t

K d K

s i n

ααααα≥= 2d K

(cos )G

α≥ 得， 59α≥ 在这里选取α值为60。

第二章阀门各零件的工艺设计及加工

一、阀体的零件分析

1、阀体的作用

阀体是阀的一个主要零件，它是阀的主体部分。本阀为液压阀，在阀体内，阀芯做上下移动使阀处于打开或关闭状态。阀体上Φ20和Φ32的内孔上均有螺纹，Φ20孔上的螺纹用以连接四分管，Φ32的内孔上的螺纹用以固定端盖。Φ6的孔用以安装回复杆，在Φ32的内空中放置阀芯，由阀芯控制进水口的接通与关闭。

2、阀体零件的工艺分析

选取阀体的材料为45钢，由于制作的条件的限制，本设计用焊接的方法来加工此零件。

图3-1

如上图3-1

该法阀体零件的主要加工面有Φ32H7孔，2个Φ20H7孔，一个Φ6H7孔，Φ40上表面。

Φ40的上表面的平面度为0.05，影响阀体与阀盖的接触及密度。 Φ32的孔内表面影响阀芯在阀体中移动时的摩擦力和密封性。 Φ6的孔内表面影响到回复杆在使用时的摩擦力和密封性，Φ6孔德垂直度影响到回复杆在祖师阀芯向上运动的作用力。

两个Φ20的孔影响进水口与四分管螺纹连接的密封性。

经过参考文献《机械加工工艺手册》中有关面和孔的加工经济精度及机床性能达到的位置精度可知，上述技术要求是可达到的，零件的结构工艺性是可行的。

3、零件的工艺规程设计

（1）、基面的选择

基面选择是工艺规程过程中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。则，在加工工艺过程中会问题百出，更有甚者会造成零件大批量报废，使生产无法正常进行。

○

1粗基准的选择：选择粗基准主要是选择第一道加工工序的定位基准，以便于后续的工序提供精基准。

现在选取φ00.140-下方的0.045

020φ+内孔和φ00.1

40-的下表面为粗基准。在铣床上用带有子口的三爪卡盘夹住工件，消除工件的六个自由度，达到完全定位。

○

2精基准的选择：主要考虑基准重合原则，当设计基准与工序基准不重合时应进行尺寸换算。

现在选取φ00.1

40-的中心线为精基准。

（2）、制作工艺路线

制作工艺路线的出发点应当是以使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。

产率，除此之外，还应考虑经济效果，以使生产成本尽量下降。 （3）、工艺路线方案

工序0 粗车φ40外圆；

工序05 粗车φ26外圆； 工序10 粗车φ40上端面； 工序15 半精车φ40外圆； 工序20 钻、扩、粗铰φ32孔； 工序25 钻、扩、粗铰φ20孔； 工序30 钻、扩、粗铰φ20孔； 工序35 钻φ6的孔； 工序40 车φ40的外螺纹；

工序45 检查入库。

（4）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

根据资料分别确定各个加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸；

○

10

0.1

40mm φ-外圆表面；此外圆表面为IT8级精度，参照《机械加工工

艺手册》确定各工序尺寸及加工余量，如下表1-1所示。

表1-1 各工序余量和工序尺寸及公差

○200.1

26mm φ-外表面；参照《机械加工工艺手册》确定各工序尺寸及加工余量，如下表1-2所示。

表1-2 各工序余量和工序尺寸及公差

○

30.045

20mm φ+的孔：参照《机械加工工艺手册》确定各工序尺寸及加

工余量，如下表1-3所示

表1-3 各工序余量和工序尺寸及公差

○

40.045

32mm φ+的孔：参照《机械加工工艺手册》确定各工序尺寸及加

工余量，如下表1-4所示。

表1-4 各工序余量和工序尺寸及

公差

○

50

0.1

40φ-加工余量计算如表1-5。

表1-5 加工余量和加工公差

二、阀芯的零件分析

1、阀芯的作用

阀芯位于阀体内部，在该停水自动关闭阀门中，阀芯用以在停水时靠自身重力向下运动到阀体底部，堵住进水口，起到关闭水阀的作用。

2、零件的工艺分析

图3-2

如上图3-2所示，阀芯的材料为电木，该材料为塑料，有较好的脆性，耐高温，具有良好的机械加工性能。

阀芯零件上的主要加工面为下表面A，外圆周面B，阀芯上表面C，阀杆外圆周面D，连杆上表面E和阀芯下方倒角斜面F。

外圆周面B的精度直接影响阀芯与阀体的配合及发信在阀体内上下运动时的摩擦力大小及密封性。因此，要求圆周面B的加工精度较高，在这里选取IT8级精度。同轴度为0.04，余下表面的垂直度为0.1。因此，在加工时，最好能在一次装夹下降A、B、F三个面加工出来。

3、阀芯毛坯的确定

根据零件的使用要求确定零件的材料为电木，零件的最大直径为φ32，总长度为113mm。所以选毛坯为长120mm，直径φ36mm的棒料。

各加工表面的余量如表1-6

表1-6 各加工表面总余量

4、工艺规程设计

（1）、定位基准的选择

选取毛坯的一个端面为粗基准，先车端面，确定A面，以A面为基准

定D圆周面的长度及加工，最后确定D面及倒圆角。

（2）、制定工艺路线

根据各表面的加工要求和各种加工方法能达到的经济基准，确定各表面的加工方法如下：

A面：粗车；B面：粗车——精车；C面：粗车；D面：粗车；E：粗车；F面：粗车。

因B面的精度要求较高，所以B面应在地一次装夹下完成加工，以确保其加工精度。

工艺路线如下：

工序号工序内容

工序05 粗车端面A；

工序10 粗车外圆周面至φ33；

工序15 精车外圆周面B至φ32f6；

工序20 确定C面，粗车外圆周面D，重复进行，直

φ±为止，A面到C面距离为

至达到60.5

32mm；

工序25 粗车端面E。

（3）/选择加工设备及刀、夹、量具

加工机床的选择：由于阀芯零件为回转体零件，并且其结构比较简单，加工精度为IT8级，用普通车床就能达到预期的加工精度。结合现有加工设备，选CA6140车床。

加工刀具的选择：零件材料为电木，材料本身为塑料，脆性较好，耐高温，所以较易加工，所以选高速钢车刀为加工刀具。

家具的选择：由于零件结构为回转体，所以用车床上自带三爪定心卡盘来夹持工件。

结论

通过两个多月毕业设计的完成，我学到了许多书本上无法学到的东西，这不亚于一次社会实践。在此期间我与同学们相互讨论，使我理解了协同的重要性，我们都毫不保留的谈论自己的见解，无形中我发现我们都得到了很大的提高。不再像以前那样不顾实际的对一些数据和要求进行胡乱的猜测;不再像以前那样遇到一些问题而不知所措了。

在设计过程中，我抱着绝不用一个模棱两可的数据，不断翻阅资料，反复修改，争取是设计更加完善，事自己有更加深入的提高。

在停水自动关闭阀门的设计中，由于该阀门是一个部件，设计的主要部分就是阀门各个零件之间的装配关系的设计。而装配是整个整个机械产品制造过程中的最后一个环节，对该部件的质量影响很大。提到装配，难免会对装配精度进行反复分析，它包括工作面之间的平行度、垂直度、同轴度、间隙、过盈、运动轨迹及速度的稳定性等。这里没一个精度要求都是通过反复查阅资料，反复论证分析所得到的最合理的结果。

致谢

经过近一个月的的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的导师肖淼鑫老师。肖老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是肖老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩肖老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。其次要感谢我的同学对我无私的帮助，特别是在软件的使用方面，正因为如此我才能顺利的完成设计，我要感谢我的母校——新乡学院，是母校给我们提供了优良的学习环境；另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。在此，我再说一次谢谢！谢谢大家！！！。

参考文献

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