阀门的设计机械毕业设计论文

摘要
本说明书是按照停水自动关闭阀门的实际机加工所撰写的，主要包括关于停水自动关闭阀门的设计和创新，以及对该水阀各个零部件的加工。

从而保证水阀在停水时关闭，来水时手动打开的技术要求。

停水自动关闭阀门主要是为了节约用水而设计的。

它可以在停水时自动关闭水阀，而在来水时必须要手动打开，即便是在停水时有人将水龙头打开而忘了关闭，在来水时也不会造成水资源的浪费。

该停水自动关闭阀门五个零件来打开与关闭水阀，零件数量少，体积小，结构简单，便于安装，大大提高了它的适用价值。

关键词：阀门、阀杆、阀芯、回复杆、阀盖等。

阀门的设计
目录
摘要 (Ⅰ)
绪论 (1)
第一章阀门的设计 (2)
一、设计目的 (2)
二、停水自动关闭阀门的创新与特色简介 (2)
三、设计方案的拟定 (2)
四、机构与动作方案的设计、计算与分析 (4)
（一）机构与动作方案的设计 (4)
（二）机构与动作方案的计算及分析 (6)
第二章阀门各零件的工艺设计及加工 (10)
一、阀体的零件分析 (10)
（一）阀体的作用 (10)
（二）阀体零件的工艺分析 (10)
（三）零件的工艺规程设计 (11)
1.基面的选择 (11)
2.制作工艺路线 (11)
3.工艺路线方案 (11)
4.机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (12)
二、阀芯的零件分析 (13)
（一）阀芯的作用 (13)
（二）零件的工艺分析 (14)
（三）阀芯毛坯的确定 (14)
（四）工艺规程设计 (15)
1.定位基准的选择 (15)
2.制定工艺路线 (15)
3.选择加工设备及刀、夹、量具 (16)
小结 (17)
致谢 (18)
参考文献 (19)
绪论
阀门是随着流体管路的产生而产生的。

人类使用阀门已经有近4000年的历史了。

我国古代从盐井中吸卤水制盐时，就曾在竹制管路中使用过木塞阀。

公元前 1800年，古埃及人为了防止尼罗河泛滥而修建大规模水利工程是，也曾采用过类似的木制旋塞来控制水流的分配。

这些都是阀门的雏形。

工业用阀门的大量应用，是从瓦特发明蒸汽机以后才开始的。

二十世纪初出现了铸钢、锻钢和锻焊结构的阀门。

“阀”的定义是在流体系统中，用来控制流体的方向、压力、流量的装置。

阀门是使配管和设备内的介质（液体、气体、粉末）流动或停止并能控制其流量的装置。

阀门是管路流体输送系统中控制部件，它是用来改变通路断面和介质流动方向，具有导流、截止、调节、节流、止回、分流或溢流卸压等功能。

用于流体控制的阀门，从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统中所用的各种阀门，其品种和规格繁多，阀门的公称通径从极微小的仪表阀大至通径达10m的工业管路用阀。

阀门可用于控制水、蒸汽、油品、气体、泥浆、各种腐蚀性介质、液态金属和放射性流体等各种类型流体的流动，阀门的工作压力可从0.0013MPa到1000MPa的超高压，工作温度从-269℃的超低温到1430℃的高温。

阀门的控制可采用多种传动方式，如手动、电动、液动、气动、蜗轮、电磁动、电磁-液动、电-液动、气-液动、正齿轮、伞齿轮驱动等；可以在压力、温度或其它形式传感信号的作用下，按预定的要求动作，或者不依赖传感信号而进行简单的开启或关闭，阀门依靠驱动或自动机构使启闭件作升降、滑移、旋摆或回转运动，从而改变其流道面积的大小以实现其控制功能。

本设计的水阀是在是在以上基础上并考虑到现在我国水资源相对短缺而人
们在用水的时候不知道节约用水的背景下设计出来的，该阀结构简单、容易控制、加工制作方便、成本低、性能高，符合当今广大群众使用。

其主要由阀体、阀芯、阀杆、阀盖等零件组成，而且所用材料来源丰富并且材料性能较好等。

下面就让我就此水阀做更详细的说明。

如有不足指出还请多多包涵并提出您的宝贵意见，我们会对您的意见欣然接受继续完善我们的工作。

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。

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）、阀芯、（3）阀盖、（4）螺帽（5）回复弹簧
（6）回复杆（7）端盖等零件构成。

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使阀芯向上运动，进水口打开，使得水阀处于正常流通状态。

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，靠重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，拉动回复杆（6），由于水的最小压力大于重力，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
（一）机构与动作方案的设计
1.有水但水阀不打开：
图1-3
如图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：
图1-4
如图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。

（二）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/ cm 3，在这里选取电木的密度为ρ=1.6 g/3cm 。

在这里初定进水管的最低水压为P =1.5a Mp 。

本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，打开水阀如图2-1所示，
此时，芯的受力分析图为 阀
图2-1
水的作用面积为：
S=πx
⨯32
20（10）2
水的压力6F 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=2M g 4210N -=⨯电木 有上面的计算可知：F F G +压浮
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
()2331
V 16106109.82
π--=⨯⨯⨯⨯⨯⨯排
由于：min F G F +=压浮
得：3min F G F 412.510N -=-=⨯压浮 又因：min 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，其受力分析如上图
由上部计算知：G=2m g 4210N -=⨯电木 3F g V 7.510N ρ-==⨯浮水排 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
如图2-3所示：
图2-3 回复杆受力分析图
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
cos cos sin G d cot K d
K sin α
αααα
≥= 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
（一）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。

（二）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 阀体工艺分析图
如图3-1所示：
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孔的垂直度影响到回复杆在来水时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。

（三）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0.045020φ+内孔和φ00.140-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φ00.140-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。

因此，可以考虑采用钻床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，
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φ20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； （1）00.140mm 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，如表1-1所示。

（2）00.126mm 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，如表1-2所示。

（3）0.045
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，如表1-3所示。