节能水龙头设计

摘要水龙头是生活中使用频率较高的简单机械装置，由于其结构存在密封不够完善，水龙头没有人在场的情况下导致水资源浪费造成一系列经济财产损失在日常生活中屡见不鲜，所以有必要解决传统水龙头存在的密封和突然来水时自动关闭的问题，本文对水龙头的结构进行了必要的改进和创新，其中创新来自对日常生活中所使用的一些机构和本学期学习的液压基本知识，包括自动圆珠笔的循环开闭功能，和水压对活塞和阀芯的作用力还有单向阀的线密封等机构进行了参考以及流量反馈调节，组合创新成可以解决和避免水资源浪费的新型机构，从而实现节能环保的新型机械结构装置。

关键字：循环开闭线密封流量反馈调节节能环保前言水龙头是水咀的通俗称谓，用来控制水流的大小.开关在学校水房中总能看到水龙头在哗哗流水，有的是没有关水龙头，有的是忘了关水龙头现在生活中大量使用的水龙头大多属于旋钮式，其结构简单造价低廉是其优势，但也存在着密封不够出现意外情况是不能自闭。

与现在社会的节能环保理念格格不入。

自身具备“节水环保”功能才可称“节水龙头”。

节水属于社会概念，即水在使用的过程中，体现出“省减、限制、俭省”功能。

创新背景目前市面上所出售的节水水龙头，主要有陶瓷芯片式、变距式、自闭式等多种高新技术的新型水龙头。

中国的节水龙头还处在发展阶段，在市场上流通的产品大多是一些引进的外国产品，或者是外国的产品直接进入中国市场。

国外产品价格高且没有“无人来水自闭”功能。

所以有必要创新水龙头机构，以提高水资源利用效率利用率，为建设节约型社会贡献我们机械类技术人员的一份力量。

本组设计的节水水龙头前景广阔，根据现在市场上出售的各种水龙头来看，我们设计水龙头具有省减，限制和俭省.创新亮点本机构属于组合创新，通过观察生活中的机械机构和学习专业知识组合成新型机构，以重点解决解决水龙头密封和自闭问题。

1自动圆珠笔按钮循环开关和线密封结合：通过变型自动圆珠笔循环按钮和线密封，改善了原来旋钮式开关的密封不良现象，且密封效果随压力增大而严密。

且自动圆珠笔按钮循环开关操作简单符合人体工程学原理。

2弹簧锁自锁装置：通过观察弹簧锁锁门过程，应用在节水龙头结构中实现连续出水的功能3稳定流量；通过弹簧和活塞组合，在水压作用下形成负反馈结构，出口水压变化，龙头出水口流量自动改变。

4斜面与销组合；改变活塞位置，控制龙头的开启与关闭传统水龙头存在问题传统水龙头通过旋转扳手扳手带动阀芯一块旋转，阀芯上有以通孔，通过改变通孔现对于阀体的先对角度控制水龙头的开启与关闭，其阀芯使用时间长后间隙变大配合精度无法保证，导致漏水。

再者，由于阀芯的频繁使用导致水龙头的寿命降低。

在水龙头开启状态时，如果突然来水，水通过阀芯通孔流出导致水源浪费。

1、传统水龙头原理图图1.1原理装配图1--扳手2--阀杆3--阀芯4--阀体2、传统水龙头原理旋转扳手1，阀杆2和阀芯3一起运动，阀芯3上有一通孔，随着孔的位置相对于阀体的变化控制水龙头的开启与关闭。

创新方案设计由于传统水龙头存在以上缺陷，所以我们就根据实际要求设计出以下方案，结构装配图如下所示图1-2水龙头开启时装配图1--阀体2--弹簧3--连动销4--阀盖5--销6--连杆活塞7--转子8--定子9--按柄10--按套11--弹簧12--密封圈13--密封垫14--阀座15--密封垫16--弹簧17--连动销座18--活塞19--密封套图1-3阀体关闭时原理图1、原理介绍正常使用时按动按柄9，转子7和活塞连杆6一起向下运动，活塞连杆卡在阀体上连杆活塞弹簧11受压销5联动销座17向下运动弹簧11受压，联动销3向下运动，活塞18上的斜面受到向左的动力，活塞18克服摩擦力和管道水压力向左运动，水流进入阀体上的孔进入阀体内，阀体上下相连，水流连续流出龙头。

再次按动按柄9时转子7和活塞连杆6下行，转子转过一定角度然后弹出连动销3和销5上行，活塞3受到弹簧压力克服摩擦力和水压向右运行到孔右侧，关闭龙头，同时连动活塞6受到弹簧16和水压形成线密封，起到密封作用，当水龙头开启无人在场时，连动销处于上行位置，突然停水连动销3受到弹簧2推力向右运动使连动销整体处于活塞18右侧形成自锁，当来水时，活塞18被连动销3锁死。

实现“无人自闭”功能。

当水龙头处于使用状态，水压对18又具有反馈作用，18能自动调节进水口流向出水口的流量。

如果需要再次使用时只要按动按柄9即可。

注意弹簧2的弹力略大于连动销3与阀体之间摩擦力和水压力之和。

2、结构优势自动圆珠笔按钮循环开关水龙头改变了传统旋转式或摇动式开闭水龙头方式，突破了传统的开启方式，将旋转运动为直线运动,一次性开启关闭水龙头。

解决了使用过程中关不严滴水漏水问题。

断水后，弹簧2迅速把活塞18推至阻塞位，水龙头在开启状态下连动销3能自动锁死活塞18，使供水通路关闭。

解决了用水时突然停水没关水龙头或停水时打开水龙头见没水忘关了问题。

液压水龙头正常供水时，连动销3处于活塞18右边槽，并不影响活塞18的运动。

活塞18左边腔亦是与其上方腔相通的，左边腔的水压对活塞18具有反作用，当供水压力增大时，左边腔的水压也跟着增大，加上弹簧2的作用，使活塞18右移，进水口与连杆活塞6腔通口面积减小，减小进水量；同理，当供水压力减小时，活塞左移，增大进水量。

这样就达到了平衡出水量，起到了限流的作用。

注意弹簧2弹力只需略大于活塞18与腔的摩擦阻力即可，以保障低压时的供水效果。

完全机械结构不需要任何传感器等电子产品，可靠性高等特点3、工艺分析用于水龙头产品的原材料为铸造铜合金，因为铜合金具有良好的铸造性能，耐腐蚀性，而且铸件组织细密，结构紧凑，合金牌号依据GB/T1176—1987铸造铜合金技术条件选择ZCuZn40P62(ZHPb59-1)，含铜量在（58.0~63.0）%，是最理想的水龙头铸造材料。

4、水龙头铸造工艺首先在自动热芯盒射芯机上，生产出砂芯，铜合金熔炼（熔炼设备电阻炉），待铜合金达到一定的熔融状态，进行化学分析取样铜合金试块，送给实验室化学滴定分析或光谱分析，确认铜合金化学成分符合要求后，进行浇注（翻砂铸造），待冷却凝固后开模卸料清理浇冒口，等电阻炉中铜水全部浇注完后，将冷却的铸造坯件进行自检并送入落砂机滚筒陶砂清理。

下一步铸造坯件的热处理（清除应力退火），目的在于消除铸造产生的内应力。

将坯件放入抛丸机整光达到更理想的铸造坯件，保证内腔不附有型砂，金属屑或其它杂质。

5、水龙头的加工工艺为满足经常装拆和重复性的批量水龙头加工，必须制造辅助工装夹具和模具刃具，以备各种加工要求选用。

首先选择夹具刀具和工件进行调模试加工，经过首件检验合格后正式批量生产，过程中操作者进行自检，完工后进行全数检验，合格品才可流到下道工序进行试压检验。

在压力试验机上密封壳体通入0.6Mpa的气压，将水龙头壳体浸入水中，以观察壳体各联接部位和型腔密封性能是否符合要求。

试验合格的产品全数进行释铅处理，消除内腔表层质的微量铅元素使水龙头产品更符合环保指标低毒少害的要求。

联动销、连杆活塞、转子、定子材料使用不锈钢运用精密车床加工，阀芯、活塞材料使用陶瓷运用热加工磨具制造，按柄材料使用塑料运用磨具制造，弹簧销密封垫等标准件直接从厂家购。

6、水龙头的抛光加工工艺首先准备好抛光工具、研磨料和砂带，做好调机工作。

进行水龙头粗磨加工60号砂带，去掉表面的粗糙面和坑洼，再用180号砂带进行中磨，把表面磨细和修整外形轮廓；接下来320号砂带进行三次磨削，使表面趋于较理想外观和线条清晰、结构匀称。

紧接600号砂带进行精加工，使表面达到理想外观轮廓，并已定型为真实外观实体。

表面已无明显砂眼、气孔缺陷。

最后进行800砂加工，使表面光洁无瘕庇。

或进行抛光使表面光滑明亮，各线条更流畅顺滑。

其间每一道工序由品检员进行首件检验，过程巡检，完工交检签收后再转序，严格把关，保证品质。

7、水龙头的外观处理工艺在外观上我们对水龙头的表面进行电镀处理，但电镀层不能过厚，太厚会容易脱落，还容易被腐蚀，最后产出的龙头表面应呈乌亮如镜，无任何氧化斑点和烧焦的痕迹，近看时无气泡，无漏镀，无气孔色泽也要均匀，用手抚摸时无毛刺和沙砾。

在制造各个零件时要求各个部件的结合要完美，零件的装配精密度也要高，严格控制零件的尺寸公差，防止由于装配不紧凑而导致漏水或给顾客带来不便。

市场评估因为这种设计具有自动调压功能，即大压力和小压力水龙头的流量差别不大，因此在高楼林立的城市建筑中特别合适，即高楼用户的用水需要不大受楼下使用带来的不便。

从造价上进行初步估计，如果使用铜合金和不锈钢来制作的话，大约成本在35元左右，使用塑料制造的话，大约就在15元左右，比起传统的旋转式都得水龙头造价要便宜，并且在节水方面如果按每天浪费5L水来算吧，那一年也就节省了1825L水，更有利于去节约水资源。

目前沈阳水价为每吨1.9元，一年下来这个设计的龙头可以省很多钱，从性价比上我感到我们所设计的产品会占有一定的市场。

结束语经过一周创新设计使我了解到我们的知识还有很多欠缺的地方，我们还应该去学习书本以外的知识，来增加我们的知识面。

通过本次设计水龙头也让我了解到设计水龙头的一些方法，也积累了一定的设计经验，并能够让我知道创新的重要性。

这次设计业提高了我们团队的创新思维能力。

在查找资料和进行问题讨论时也增加了我们团队的默契。

本次设计虽然是一项测试，但也是对我们在大学所所学知识的一项考核，也是使我们走向实践，投入社会所必须的素质。

参考文献[1]液压与气压传动北京；国防工业出版社，2011.[2]机械加工工艺基础南京，东南大学出版社，1996.[3]机械制造技术基础卢秉恒机械工业出版社，2013[4]金属学与热处理覃耀春[5]机械CAD应用技术基础杜静[6]机械工程材料沈莲[7]机械设计高等教育出版社濮良贵。