机械毕业设计（论文）-双向差压流动静态截止水阀的结构设计与理论分析.doc

安徽建筑大学毕业设计（论文）安徽建筑大学毕 业 设 计 （论文）专 业： 班 级： 学生姓名: 学 号： 课 题：双向差压流动静态截止水阀的结构设计与理论分析指导教师： 2013年 6月 3日摘要自20世纪90年代以来，我国太阳能热水器行业保持了20年左右的快速增长。现在越来越多的家庭开始使用太阳能热水器，因此太阳能热水器成为人们生活中重要的组成部分。我们往往需要安装10米左右的水管才能使用太阳能热水器中的热水。当我们停止使用热水器时，水管里的水会向外放热，从而减少能源的有效利用。因此我们需要对管道进行保温，但保温过程既繁琐有需要许多材料。现在我们设计一水阀安装于水箱下方。当注水时，此水阀打开水向上流；当放水时，此水阀也能打开水向下流；当太阳能热水器不用时，此水阀关闭。这样就可以使水管中的水与水箱中的水隔开，以防止热量的散失。从而实现能源的充分利用。当人们使用热水器时，只需将管道里的冷水放完就用到太阳能热水器中的热水了。关键词：太阳能；水阀；热量散失AbstractSince the 1990 s, Chinas solar water heater industry 20 years of rapid growth. Now more and more families start to use the solar water heater, so solar energy water heater is an important part of people life. We often need to install 10 meters of the pipe to use hot water of solar energy water heater. When we stop using the water heater, water pipes to the outside of the water in the heat, reducing the effective utilization of energy. So we need to heat preservation pipe, insulating process cumbersome in need of many materials. Now we design monohydrate valve installed in the bottom water tank. When water injection, the water valve to open the water to the upper; When the water, the water valve will open water flows downward; When the solar energy water heater without the water valve closed. So you can make the water in the pipe and the water in the tank, to prevent heat loss. So as to realize make full use of energy. When people use the water heater, just put the pipe in cold water after use the hot water in solar water heater. Key words: Solar energy; Water valve; Heat loss 目录摘要2Abstract3第一章 绪论51.1液压技术的发展史51.2 我国液压阀技术的发展概况61.3液压阀的分类71.4设计题目的内容及意义8第二章 常见的几种水阀102.1 截止阀102.2止回阀112.3 球阀122.4 蝶阀132.5 减压阀14第三章 设计方案的选择16第四章 双向差压流动静态截止水阀的设计194.1双向差压流动静态截止水阀的工作原理194.2 阀体的设计204.2.1阀体的材料204.2.2水阀与管道的连接方式204.2.3水阀进出口的直径214.2.4阀孔的直径224.2.5水阀的长度224.3 圆柱阀芯的设计234.4浮球阀芯的设计244.5弹簧的设计25第五章 总结与展望275.1 本文工作总结275.2展望27参考文献29致 谢30附录1:外文文献31附录2:毕业设计任务41双向差压流动静态截止水阀的结构设计与理论分析机械与电气工程学院 机械设计制造及自动化专业 09机械1班 何鹏 指导老师 姚燕生第一章 绪论 液压技术作为一门新兴应用学科，虽然历史较短，发展的速度却非常惊人。液压设备能传递很大的力或力矩，单位功率重量轻，结构尺寸小，在同等功率下，其重量的尺寸仅为直流电机的10%20%左右；反应速度快、准、稳；又能在大范围内方便地实现无级变速；易实现功率放大；易进行过载保护；能自动润滑，寿命长，制造成本较低。因此，世界各国均已广泛地应用在锻压机械、工程机械、机床工业、汽车工业、冶金工业、农业机械、船舶交通、铁道车辆和飞机、坦克、导弹、火箭、雷达等国防工业中。 液压传动设备一般由四大元件组成，即动力元件液压泵；执行元件液压缸和液压马达；控制元件各种液压阀；辅助元件油箱、蓄能器等。 液压阀的功用是控制液压传动系统的油流方向，压力和流量；实现执行元件的设计动作以控制、实施整个液压系统及设备的全部工作功能。1.1液压技术的发展史 液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡 提 出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的 重要 标志。 1795 年英国约瑟夫布拉曼 (Joseph Braman,1749 - 1814) ，在伦敦用水作为工作介质 , 以水压机的形式将其应用于工业上 , 诞生了世界上第一台水压机。 1905 年将工作 介质水改为油,又进一步得到改善。 第一次世界大战 (1914 - 1918) 后液压传动广泛应用 , 特别是 1920 年以后 , 发展更为 迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20 年间 , 才开始进入正规的工业生产阶段。 1925 年维克斯 (F.Vikers) 发明了压力平衡式叶片泵 , 为近代液压元件工业或液压传动 的逐步建立奠定了基础。 20 世纪初康斯坦丁尼斯克 (G Constantimsco) 对能量波动传递所进行的理论及实际研究 ;1910 年对液力传动 ( 液力联轴节、液力变矩器等 ) 方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。 第二次世界大战 (1941 - 1945) 期间 , 在美国机床中有 30% 应用了液压传动。 应该指出 , 日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速发展液压传动 ,1956 年成立了 “ 液压工业会 ” 。近 2030 年间，日本液压传动发展之快，届世界领先地位。时至今日，新科技的日益进展将对液压传动与控制技术的研究、设计观念及方法，对包括液压阀在内的各类液压产品的结构与工艺，对其应用领域以及企业的经营管理模式产生深刻影响并带来革命性变化。在社会和工程需求的强力推动及机械与电气传动及控制的挑战下，液压传动与控制技术将依托机械制造、 材料工程、微电子及计算机、数学及力学、控制科学，不断发挥自身优势，满足客观需求，变得更为绿色化、机械电子一体化、模块化、智能化和网络化，将自身推进到新的水平。1.2 我国液压阀技术的发展概况 我国的液压工业及液压阀的制造，起始于第一个五年计划（19531957年），期间，由于机床制造工业发展的迫切需求，50年代初期，上海机床厂、天津液压件厂仿造了苏联的各类低压泵、阀。 随后，以广州机床研究所为主，在引进消化国外中低压元件制造技术的基础上，自行设计了公称压力为2.5MPa和6.3MPa的中低压液压阀系统（简称广州型），并迅速投入大批量生产。 60年代初期，为适应液压工程机械从中低压向高压方向的发展，以山西榆次液压件厂为主，引进了日本油研公司的公称压力为21MPa的中高压液压阀系列，以及全部加工技术和制造、试验设备，并据此发展、设计成我国的中高压液压闪系统（简称榆次型）。 1968年，当时的一机部组织有关单位，在公称压力21MPa液压阀的基础上，设计了我国一套公称压力为31.5MPa的高压阀系列，并投入批量生产。 为使产品实现标准化、通用化、系列化，我国于1973年再次组成“液压阀联合设计组”。 在总结国产高压阀设计、生产经验的基础上，借鉴了国外同类产品的结构，性能、工艺特点，又增补了多种规格和新品种，并使国产阀的安装连接尺寸首次符合国际标准。并于1977年正式完成了公称压力为31.MPa的高压阀新系列的设计。1978年起，通过全系列图纸的审查、试制、鉴定等工作，并在全国推广使用。1982年，通过了全系列的定型工作。故上述产品简称为“82年联合设计型高压液压阀系列”。 为适应高压、大流量的液压传动要求，济南铸锻研究所、上海704研究所和北京冶金液压机械厂等单位，自1976年开始，还引进、消化和研制了二通插装阀（简称CV阀），并在80年代初期，完成了自己的系列。二通插装阀作为不同于常规阀的另一类液压阀类，也正在开拓着它的使用范围。 此外，随着组合机床在机械制造行业中的广泛应用，1975年，大连组合机床研究引进、消化、吸收和研制了叠加式液压阀。 建国以来，我国液压行业及液压阀的制造生产，从无到有，发展很快，取得了巨大的成绩。但与国外同类产品相比，品种和性能指标还有较大差距。但我国已瞄准世界发展主流的液压元件系列型谱，有计划地引进、消化、吸收国外最先进的液压技术和产品，大力开展产品国产化工作。我国的液压技术在21世纪必将获得更快的发展。1.3液压阀的分类液压系统中，用来控制系统的压力、流量和液流方向的元件均称为液压控制阀，简称液压阀。液压阀品种繁多，规格复杂，按工作原理可划分为以下几种：（1）按基本功能分类 方向控制阀:单向阀、换向阀、充液阀、电液比例方向阀等。压力控制阀:溢流阀、减压阀、顺序阀、卸荷阀、压力继电器等。流量控制阀:节流阀、调速阀、分流阀、集流阀、电液比例流量控制阀等。（2）按结构分类滑阀:圆柱滑阀、平板滑阀。座阀:锥阀、球阀、喷嘴挡板阀。（3）按连接方是分类管式阀:它是通过阀体上的螺纹，经管接头直接安装在管路中。板式阀:需用专门的连接板与管路连接。插装阀:盖板式插装（二通插装阀）和螺纹式插装（二通、三通、四通插装阀）阀等。（4）按操纵方法分类手动操纵阀:手轮、踏板、杠杆。机械操纵阀:挡块及碰块。电动操纵阀:电磁阀、步进电机、伺服电机。1.4设计题目的内容及意义试拟设计一种可以双向控制的水阀。对原理、方法与具体结构与使用方法等进行研究，侧重于构设计与理论分析，再进行理论研究。清楚地叙述整个设计过程和详细的设计内容，包括总体方案的分析、比较与确定，机械系统的结构设计，主要零部件的计算、分析与选型，完成系统的设计与原理分析。采用计算机辅助设计，作图包括装配图和主要零件图，测制原理图等。在进行设计中，使用软件和理论来进行辅助设计和分析，给出主要计算结果和步骤。自20世纪90年代以来，我国太阳能热水器行业保持了20年左右的快速增长。现在越来越多的家庭开始使用太阳能热水器，因此太阳能热水器成为人们生活中重要的组成部分。试设计一水阀安装于水箱下方。当注水时，此水阀打开水向上流，当放水时，此水阀打开水向下流，当水不流动时，此水阀关闭。这样就可以使水管中的水与水箱中的水隔开，以防止热量的散失。从而实现能源的充分利用。太阳能热水器工作原理图第二章 常见的几种水阀2.1 截止阀截止阀又称截门阀，属于强制密封式阀门，所以在阀门关闭时，必须向阀瓣施加压力，以强制密封面不泄漏。当介质由阀瓣下方进入阀门时，操作力所需要克服的阻力，是阀杆和填料的摩擦力与由介质的压力所产生的推力，关阀门的力比开阀门的力大，所以阀杆的直径要大，否则会发生阀杆顶弯的故障。按连接方式分为三种：法兰连接、丝扣连接、焊接连接。从自密封的阀门出现后，截止阀的介质流向就改由阀瓣上方进入阀腔，这时在介质压力作用下，关阀门的力小，而开阀门的力大，阀杆的直径可以相应地减少。同时，在介质作用下，这种形式的阀门也较严密。我国阀门“三化给”曾规定，截止阀的流向，一律采用自上而下。截止阀开启时，阀瓣的开启高度，为公称直径的25%30%时.流量已达到最大，表示阀门已达全开位置。所以截止阀的全开位置，应由阀瓣的行程来决定。2-1 截止阀2.2止回阀止回阀是指依靠介质本身流动而自动开、闭阀瓣，用来防止介质倒流的阀门，又称逆止阀、单向阀、逆流阀和背压阀。止回阀属于一种自动阀门，其主要作用是防止介质倒流、防止泵及驱动电动机反转，以及容器介质的泄放。止回阀还可用于给其中的压力可能升至超过系统压的辅助系统提供补给的管路上。止回阀主要可分为旋启式止回阀（依重心旋转）与升降式止回阀（沿轴线移动）。止回阀这种类型的阀门的作用是只允许介质向一个方向流动，而且阻止反方向流动。通常这种阀门是自动工作的，在一个方向流动的流体压力作用下，阀瓣打开；流体反方向流动时，由流体压力和阀瓣的自重合阀瓣作用于阀座，从而切断流动。其中止回阀就属于这种类型的阀门，它包括旋启式止回阀和升降式止回阀。旋启式止回阀有一介铰链机构，还有一个像门一样的阀瓣自由地靠在倾斜的阀座表面上。为了确保阀瓣每次都能到达阀座面的合适位置，阀瓣设计在铰链机构，以便阀瓣具有足够有旋启空间，并使阀瓣真正的、全面的与阀座接触。阀瓣可以全部用金属制成，也可以在金属上镶嵌皮革、橡胶、或者采用合成覆盖面，这取决于使用性能的要求。旋启式止回阀在完全打开的状况下，流体压力几乎不受阻碍，因此通过阀门的压力降相对较小。升降式止回阀的阀瓣坐落位于阀体上阀座密封面上。此阀门除了阀瓣可以自由地升降之外，其余部分如同截止阀一样，流体压力使阀瓣从阀座密封面上抬起，介质回流导致阀瓣回落到阀座上，并切断流动。根据使用条件，阀瓣可以是全金属结构，也可以是在阀瓣架上镶嵌橡胶垫或橡胶环的形式。像截止阀一样，流体通过升降式止回阀的通道也是狭窄的，因此通过升降式止回阀的压力降比旋启式止回阀大些，而且旋启式止回阀的流量受到的限制很少。2-2 止回阀2.3 球阀球阀，标准GB/T21465-2008阀门术语中定义为：启闭件（球体）由阀杆带动，并绕阀杆的轴线作旋转运动的阀门。主要用于截断或接通管路中的介质，亦可用于流体的调节与控制，其中硬密封V型球阀其V型球芯与堆焊硬质合金的金属阀座之间具有很强的剪切力，特别适用于含纤维、微小固体颗料等介质。而多通球阀在管道上不仅可灵活控制介质的合流、分流、及流向的切换，同时也可关闭任一通道而使另外两个通道相连。本类阀门在管道中一般应当水平安装。球阀分类：气动球阀，电动球阀，手动球阀。球阀它具有旋转90度的动作，旋塞体为球体，有圆形通孔或通道通过其轴线。球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向，它只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密。球阀最适宜做开关、切断阀使用。球阀问世于20世纪50年代，随着科 学技术的飞速发展，生产工艺及产品结构的不断改进，在短短的40年时间里，已迅速发展成为一种主要的阀类。在西方工业发达的国家，球阀的使用正在逐年不断的上升，在我国，球阀被广泛的应用在石油炼制、长输管线、化工、造纸、制药、水利、电力、市政、钢铁等行业，在国民经济中占有举足轻重的地位。2-3 球阀2.4 蝶阀蝶阀又叫翻板阀，是一种结构简单的调节阀，同时也可用于低压管道介质的开关控制。蝶阀是指关闭件（阀瓣或蝶板）为圆盘，围绕阀轴旋转来达到开启与关闭的一种阀，在管道上主要起切断和节流作用。蝶阀启闭件是一个圆盘形的蝶板，在阀体内绕其自身的轴线旋转，从而达到启闭或调节的目的。蝶阀适用于发生炉、煤气、天然气、液化石油气、城市煤气、冷热空气、化工冶炼和发电环保等工程系统中输送各种腐蚀性、非腐蚀性流体介质的管道上，用于调节和截断介质的流动。蝶阀分类有：手柄蝶阀、涡轮蝶阀、气动蝶阀、电动蝶阀等。工作原理：蝶板由阀杆带动，若转过90，便能完成一次启闭。改变蝶板的偏转角度，即可控制介质的流量。 蝶阀适用于发生炉、煤气、天然气、液化石油气、城市煤气、冷热空气、化工冶炼和发电环保、建筑给排水等工程系统中输送各种腐蚀性、非腐蚀性流体介质的管道上，用于调节和截断介质的流动。2-4 蝶阀2.5 减压阀减压阀是通过调节，将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定的阀门。从流体力学的观点看，减压阀是一个局部阻力可以变化的节流元件，即通过改变节流面积，使流速及流体的动能改变，造成不同的压力损失，从而达到减压的目的。然后依靠控制与调节系统的调节，使阀后压力的波动与弹簧力相平衡，使阀后压力在一定的误差范围内保持恒定。减压阀是一种自动降低管路工作压力的专门装置，作用是在给定减压范围后，可以将较高压力的介质减到给定压力。它可将阀前管路较高的液体压力减少至阀后管路所需的水平。这里的传输介质主要是水。减压阀广泛用于高层建筑、城市给水管网水压过高的区域、矿井及其他场合，以保证给水系统中各用水点获得适当的服务水压和流量。鉴于水的漏失率和浪费程度几乎同给水系统的水压大小成正比，因此减压阀具有改善系统运行工况和潜在节水作用，据统计其节水效果约为30%。减压阀的构造类型很多，以往常见的有薄膜式、内弹簧活塞式等。减压阀的基本作用原理是靠阀内流道对水流的局部阻力降低水压。2-5 减压阀第三章 设计方案的选择方案：方案的原理图如下1阀体 2弹簧 3弹簧 4阀芯 5通道 6通道工作原理：注水时，可以使阀芯向上移动，通道将打开，此时可以使水注入到水箱里。放水时，在水箱中水的重力作用下，可以使阀芯向下移动，通道打开，可以使水箱中的热水流出。但是当下面水阀关闭时，无法保证通道可以关闭，因此无法将保温箱与管道断开。故不满足设计要求。方案：方案的原理图如下1-阀体 2-阀芯 3-弹簧 4-弹簧 5-阀孔工作原理：注水时，可以使阀芯向上移动，阀孔5将打开，此时可以使水注入到水箱里。放水时，在水箱中水的重力作用下，可以使阀芯向下移动，阀孔5打开，可以使水箱中的热水流出。此方案与方案存在同样的问题，就是当下面水阀关闭时，无法保证阀孔可以关闭，因此无法将保温箱与管道断开。并且阀芯在移动的时候容易发生偏移。故不满足设计要求。方案：方案的原理图如下4-1 原理图1阀体 2圆柱阀芯 3浮球阀芯 4弹簧 5弹簧 6阀孔 7阀孔工作原理：在下一章介绍。此方案与方案和方案相比的优点在于，当下面水阀关闭时，此水阀下端必定能充满水，在水的浮力作用下，可以使浮球阀芯向上浮起，将阀孔堵住，从而保证保温箱与管道中的水隔开。第四章 双向差压流动静态截止水阀的设计4.1双向差压流动静态截止水阀的原理水阀的原理图如下4-1 原理图1阀体 2圆柱阀芯 3浮球阀芯 4弹簧 5弹簧 6阀孔 7阀孔工作原理：太阳能热水器注水：当太阳能热水器注水时，水阀下端的压力大，这时可以使圆柱阀芯向左移动并使弹簧压缩，这样可以使阀孔打开并且在水的浮力作用下浮球阀芯3可以使阀孔闭合，这样就可以保证水顺利的注入水箱。太阳能热水器放水时：当太阳能热水器放水时，水阀下端的水将要流出，此时水处于失重状态，浮球阀芯将不受到浮力，这样在水阀上端水的重力作用下浮球阀芯将向下移动并使弹簧处于拉伸状态，这样可以使阀孔打开，而阀孔此时处于闭合状态，这样就可以保证水箱里的水顺利的流出。太阳能热水器停止使用时：当太阳能热水器停止使用时，圆柱阀芯2在弹簧的作用下可以使阀孔闭合，浮球阀芯在水阀下端水的浮力作用下可以使阀孔闭合，这时阀孔和都闭合，水阀上下两端的水将停止流动，这样就可以保证水箱里的水与管道里的水隔开。4.2 阀体的设计4.2.1阀体的材料 液压阀体的常用材料为 20、35、45 无缝钢管。因 20 钢的 力学性能略低，且不能够调质，应用较少。当缸筒与缸底、缸头、 管接头或耳轴等件需要焊接时，则应采用焊接性能较好的35钢， 粗加工后调质。 一般情况下， 均采用45钢， 并应调质到241285HBW。 所以本设计选用45钢为阀体材料。4.2.2水阀与管道的连接方式管道与阀门的连接方式：螺纹连接：适用小口径阀门和管道相连法兰连接：一般DN50以上口径，都是法兰螺栓连接对夹连接：特指阀体是蝶阀，蝶阀对夹连接较多卡套连接：根据要求会使用这样的连接，气动球阀、Y型角座使用焊接 ：阀门与管道通过焊接连接，在压力较大的情况下常用阀门连接方式的选择和使用要求关系较大，与阀体材料无关。故在此选用螺纹连接，螺纹应取为6 级精度的米制螺纹。并采用直接密封：内外螺纹直接起密封作用。为了确保连接处不漏，往往用铅油、线麻和聚四氟乙烯生料带填充；其中聚四氟乙烯生料带，使用日见广泛；这种材料耐腐蚀性能很好，密封效果极佳，使用和保存方便，拆卸时，可以完整地将其取下，因为它是一层无粘性的薄膜，比铅油、线麻优越得多。 4.2.3水阀进出口的直径 查阅相关资料可知现在常用的太阳能热水器水管为4分管，其外径为20mm，内径14mm。太阳能热水器保温桶取其直径为60mm，故水阀处的水压最少要6kpa，才能使将热水器注满水。p=gh 为了计算方便，通常取10N/Kg，淡水的密度一般取1g/cm=1000Kg/m故 p=1000Kg/ m10N/Kg0.6m=6103N/ m2=6kpa由阀门壳体最小壁厚尺寸要求规范 1.5 Pcd tm= nS1.2Pc式中：tm计算壳体壁厚，单位为毫米（mm）；Pc数值为0.1倍的公称压力，单位为兆帕（MPa)d阀体端部内径尺寸，单位为毫米（mm）；n系数，当PC 2.5MPa时，n=3.8；当PC 2.5MPa时，n=4.8；S应力系数，S=48.3MPa由于太阳能水管外径20mm，且水管与水阀采用螺纹连接，故水阀端部内径尺寸为20mm，即d=20mm。Pc=0.0006 MPa 1.5 Pcdtm= =0.0001mmnS1.2Pc这一结果明显不能满足水阀的设计要求，这是因为水阀处的工作压力小。在实际生产制造中可取水阀的壁厚为tm =3mm，这样既满足了设计要求，又方便生产制造。故水阀的外径D=d+2 tm=26mm。4.2.4阀孔的直径每个人一天大概需要使用50L的热水，一个5口之家大概需要一个300L的热水器水箱，大概30分钟就可以注满水，因此通过水阀的流量为10Lmin。一般工程上计算时，水管路，压力常见为0.1-0.6MPa，水在水管中流速在1-3米/秒，常取1.5米/秒。孔径的横截面积S=QV，阀孔的直径d=4S故算出d=11.896mm可取d=12mm即阀孔的直径为12mm.4.2.5水阀的长度阀体的形状如图4-2 阀体图d1为阀口的外径，其大小为26mm，L2处要装弹簧及圆柱阀芯，圆柱阀芯的长度为20mm，弹簧长度为30mm，可取其长度L2=50mm，L3处装有浮球阀芯，取其长度L3=40mm。故阀体的横向长度L=d1+L2+L3=116mm。圆柱阀芯直径为20mm，d2处的直径要大于圆柱阀芯的直径，必需要保证阀的通畅，故取d2=40mm。L1的长度用来连接管道和水箱，取其长度为30mm。故阀体的纵向长度L0=2L1+d2=100mm。4.3 圆柱阀芯的设计常用为 35 或 45 钢，圆柱阀芯用 35 或 45 钢的无缝钢管。阀芯与阀体选用同种材料加工，故采用45钢。阀芯的热处理：粗加工后调质到硬度为 229285HBW，必要时，再经高频淬火，硬度达到 4555HRC。必要时可以镀铬，镀层 厚度约为0.05mm，镀后抛光。阀芯最大直径（1.41.7）孔径。由于阀孔直径为12mm，为了可以使阀芯能封住阀孔，阀芯的长度必须大于阀孔的直径，可取阀芯的直径为20mm。阀芯的长度为20mm。4-3圆柱阀芯受力图通过阀芯的水压最少要6kpa才能使水箱中的水注满，故注水时圆柱阀芯收到的最小的压力F=r2p=3.140.010.016103N=1.884N4.4浮球阀芯的设计它是一个活动部件精细研磨的不锈钢空心浮球，既是浮子又是启闭件，无易损零件，使用寿命很长。空心浮球用来封闭阀孔,阀孔的直径为12mm,浮球的直径要大于阀孔的直径,故可取直径为15mm的浮球来满足工作条件。其受到的最大压力可近似的认为是保温箱中的水给它的压力。F压=r2p保温箱的直径为60mm。p=gh =6103N/ m2=6kpaF压=r2p=3.140.00750.00756103N =1.06N当热水器停止使用或注水时，在浮力作用下可以使空心浮球闭合，这时保温箱中的水就不能向下流动。当放水时，在重力及保温箱中水的压力作用下可以使空心浮球打开，这时保温箱中的热水就可以向下流动。 4-4（a）注水时浮球阀的状态 4-4（b）放水时浮球阀的状态4.5弹簧的设计弹簧的设计要求：弹簧是一个压缩弹簧，当太阳能热水器停止使用时，弹簧可以使圆柱阀芯将阀孔挡住，使保温箱中的水与管道里的水隔开。故弹簧需要一个预紧力，因此当阀关闭时，弹簧有一定的压缩量。现取其压缩量为5mm，当阀孔完全打开时，圆柱阀芯需要移动20mm左右，既弹簧要处于20mm的压缩量。此时弹簧受到的力与圆柱阀芯上的力应该相同，最小为1.884N。由 F=KX可得到K=94.2N/m故要取一个原始长度为35mm，劲度系数K为94.2N/m左右的压缩弹簧来满足工作的条件。弹簧的设计要求：弹簧是一个拉伸弹簧，弹簧主要是用来固定浮球阀芯的，防止其左右移动，其自然长度为16mm，拉伸量至少为4mm时才能使阀孔打开。其拉力为浮球阀芯收到水的压力，最大为1.06N。由 F=KX可得到K=280N/m故要取一个原始长度为16mm，劲度系数K为280N/m左右的拉伸弹簧来满足工作的条件。第五章 总结与展望5.1 本文工作总结本次毕业设计的主要内容是设计，对我的设计能力有很大的考验。刚开始我无从下手，不知道该怎么做，但在老师的帮助下，我渐渐的明白了本设计的内容和意义。本次设计的水阀是安装于太阳能热水器的下方，在不影响太阳能热水器正常工作的前提下又可以在热水器不使用时，可以将管道与保温箱中的水隔开。这一设计的原理是根据水阀两端的压力差来实现水阀的开关。本次设计主要对原理、具体结构与使用方法等进行研究，侧重于构设计与理论分析，再进行理论研究。清楚地叙述整个设计过程和详细的设计内容，包括总体方案的分析、比较与确定，机械系统的结构设计，主要零部件的计算、分析与选型，完成系统的设计与原理分析。采用计算机辅助设计，作图包括装配图和主要零件图，测制原理图等。在进行设计中，使用软件和理论来进行辅助设计和分析，给出主要计算结果和步骤。5.2展望在太阳能热水器方面，2010年全球累计安装面积为2.46亿平方米，其中中国占64%；2010年全球新增装机量3300万平方米，中国为2500万平方米，占了新增量的80%，而排在第二位的德国仅占3.1%。中国拥有世界上唯一的商业化运作最好的太阳能热水器市场，也是世界上最大的太阳能热水器市场，还拥有全球最大的太阳能热水器生产能力。可见太阳能热水器在我国很受欢迎。而双向差压流动静态截止水阀这一设计，为太阳能热水器的安装和使用提供了很大便利。如果此水阀能成功的制造并运用到太阳能热水器上，必定恩能更快的推动我国太阳能热水器的普及，使更多的家庭使用太阳能热水器。当然此水阀在结构设计上还存在许多问题，由于设计的时间较短，因此水阀的一些细节性方面设计做的不够好，并且这一设计目前纯粹是理论性研究，没有做过相关方面的实验。因此此阀的作用和效果需要做进一步的研究。如果时间充足并且条件允许，我会努力的完善这一设计并做出实物来验证此阀的可行性。此水阀的设计可以使太阳能热水器的保温效果得到提升，提高太阳能的使用效率。如果这一设计能顺利完成，必定能加快太阳能热水器的普及和推广，为我国的现代化建设出一份力。参考文献1 .杨宾峰，宁李谱. 液压阀设计方法的研究J 河南科技学院学报(自然科学版). 2000（03）2 .董敏，张恒臻，姚德民. 液压阀块的设计制造与调试要点J .液压与气动. 1994(02)3 .马本，宋国君，杜倩倩. 中外太阳能热水器政策比较研究J .生产力研究. 2011(01)4 .邓英剑. 液压阀的合理选用J. 通用机械. 2009(05)5 .路甬祥. 液压气动技术手册M、北京：机械工业出版社，20026 .左健明. 液压与气压传动M 、北京：机械工业出版社，20077 .马金英.液压阀块的设计 J. 起重运输机械. 2005(10)8 .杨啸，倪建成，张东宁.液压阀的设计要点 J. 锻压机械. 1999(02)9 .何存兴主编. 液压元件M . 机械工业出版10 .濮良贵，.纪名刚. 机械设计.8版.北京：高等教育出版社,200611 .濮良贵. 机械零件，4版北：人民教育出版社,196212 .胡爱芳. 住宅小区太阳热水器的利用 J . 住宅产业. 2006(09)13 .陆培文.实用阀门设计手册M .北京：机械工业出版社，2002-1014 .刘震北.液压元件制造工艺学M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1992-1215 .沈鸿.机械工程手册（第5卷）M.北京：机械工业出版社，1982-3致 谢首先，我要感谢我的导师姚燕生老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样，给了起到了指明灯的作用；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，让我很快就感受到了设计的快乐并融入其中。其次我要感谢同组同学对我的帮助和指点，没有他们的帮助和提供资料，没有他们的鼓励和加油，这次毕业设计就不会如此的顺利进行。 此次毕业设计历时三个月，是我大学学习中遇到过的时段最长、涉及内容最广、工作量最大的一次设计。用老师的一句话概括就是这次毕业设计相当如是把以前的小课程设计综合在一起的过程，只要把握住每个小课设的精华、环环紧扣、增强逻辑，那么这次的任务也就不难了。我此次的任务是做一个水阀的设计。虽说老师说的话让此次的毕业设计看起来不是那么的可怕，但是当我真的开始着手时，还的确是困难重重。俗话说的好，“磨刀不误砍柴工”，当每次遇到不懂得问题时，我都会第一时间记在本子上面，然后等答疑的时候问姚老师，老师对于我提出来的问题都一一解答，从来都不会因为我的问题稍过简单加以责备，而是一再的告诫我做设计该注意的地方，从课题的选择到项目的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，他真正起到了“传道授业解惑疑”的作用，让人油然而生的敬佩。除此之外，我们组和老师还有另外两个交流途径：打电话和上网，为此老师还特意建立一个群，以便大家第一时间接收到毕业设计的最新消息和资料，每次大家都在群不亦乐乎的讨论着毕业设计的事情。多少个日日夜夜，姚老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩老师的专业水平外，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。在此谨向姚老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意! 最后我还要感谢机电学院和我的母校安徽建筑大学四年来对我的栽培。附录1:外文文献Valves Pressure-Control Valves Pressure-control valves are used in hydraulic circuits to maintain desired pressure levels in various parts of the circuits. A pressure-control valve maintains the desired pressure levels by diverting higher-pressure fluid to a lower-pressure area. Thereby limiting the pressure in the higher-pressure area by restricting flow into another area. Valves that divert fluid can be safety, relief, counterbalance, sequence, and unloading types. Valves that restrict flow into another area can be of the reducing type. A pressure-control valve may also be defined as either a normally closed or normally open two-way valve. Relief, sequence, unloading and counterbalance valves are normally closed, two-way valves that are partially or fully open valve that restricts and finally blocks fluid flow a secondary. With either type of operation, the valve can be said to create automatically an orifice to provide the desired pressure control. An orifice is nit always created unloading valve. It is piloted from an external source. One valve of this type is the unloading valve. Relief, reducing, counterbalance, and sequence valves can be fully automatic in operation. With the operating signal taken from within the envelop. In this chapter, we shall study the different types of pressure-control valves and learn how they are used in various hydraulic circuits. Types of Pressure-Control Valves Eight popular devices for pressure-control are: Safety valve .Usually a poppet-type two-way valve intended to release fluid to a secondary area .when the fluid pressure approaches the set opening pressure of the valve. This type of valve protects piping and equipment from excessive pressure. Relief value which limits the maximum pressure that can be applied in that portion of the circuit to which it is connected. Counterbalance value which maintains resistance against flow to one direction but permits free flow in the other direction. Sequence value which directs flow to more than one portion of a fluid circuit in sequence. Unloading valve Value which allows pressure to build up to an adjustable setting, then bypasses the flow as long as a remote source maintains the preset pressure on the pilot port. Pressure-reducing valve which maintains a reduced pressure at its outlet regardless of the higher inlet pressure. Hydraulic fuse . Device equipped with a frangible disk which establishes the maximum pressure in a hydraulic circuit by rupturing at a preset pressure valve. Pressure switch operated by fluid pressure and responsive to raise or fall in fluid pressure.Compound Relief Valves In the study of ISO hydraulic symbol, it was stated that simplified symbol are widely used. Because f this, pressure-relief valves used in common hydraulic circuits are rarely shown complete with all auxiliary devices and connections. Instead, the simplified symbol shows only the basic relief valve, pressure input tank connection, valve spring, and the offset arrow indicating that the valve is normally closed. A slash arrow as shows on the bias spring of the pilot-relief valve if the valve is adjustable, particularly if this information is significant to circuit operation. Figure shows the complete symbol for a compound relief valve. All adjacent controls are shown, along with the main relief element. The envelope surrounding the entire element may have five connections. These are pressure input , tank connection , remote-control-station connections, test station , and external drain for the pilot relief that is provided only on special order. The input pressure and tank connection provide the major flow through the valve. Only enough fluid needs flow to the test-station and remote-control connection for the respective function. The test stations generally used f