机械式自动断水水龙头

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摘要: 本文所介绍的设计产品是一种机械式的可自动断水的水龙头，将发条机构、擒纵机构和振动系统，以及按动伸缩机构与水龙头相结合，既可以实现用户定量少量用水的需求，避免不必要的浪费，又能从日常生活中的实际出发，为用户提供连续大量的用水。该设计将大量出水实用和少量出水节能的理念结合在一起，扩大了节能水龙头的使用范围，使节水的理念深入到生活实际当中。

关键词：机械式水龙头；自动断水；发条机构；擒纵机构；振动系统；按动伸缩机构；实用；节能

中图分类号： TE08 文献标识码： A 文章编号：

水龙头从十六世纪出现至今，更新换代的速度非常之快。近代水龙头的发展更是日新月异，对于不同功用的水龙头形态也是千变万化。目前居家生活中常见的水龙头多为螺旋式、扳手式、抬启式单联水龙头。而在公共场所，为了防止洗手后的二次污染，避免疾病的感染，多为感应式水龙头。但感应式水龙头在投入使用的过程中还存在一些不可忽视的问题，并且在节能上未能予以重视。本设计的出发点是使用双重龙头开关，实现少量出水和大量出水一体化，达到既节约水源又便利生活的目的。

一、工作原理

双重龙头开关由一个外部的旋转开关和内部的按动开关组成。通过转动水龙头的旋转开关，将能量存储在发条机构中。这个能量随后将带动旋转开关回落实现自动关闭。而且转动的圈数越多，旋转开关沿水龙头管壁上的内螺纹上升的高度越高，水龙头开启的时间越长，出水量也就随之增加。用户可根据个人的实际需求来控制出水量的多少，达到无级式出水的效果。然后在旋转开关回旋的过程中，可通过擒纵机构调节回旋速度，保证水龙头在自动关闭的过程中能够匀速地复位。按动开关则设计在旋转开关的中间，呈凹陷状，此形状设计是为了保证旋转开关的主动性，体现节能的基本设计理念。其按动伸缩机构中的弹簧始终处于被压缩的状态，挡住出水口，当用户向下按动开关时，该弹簧复位弹起，打开出水口，实现连续大量出水，再次按动即可关闭水龙头。

该水龙头从内到外共分三层，最外层是水龙头的外壳，形状如图1所示。第二层为旋转开关层，第三层为按动开关层。内部结构如图2所示。将旋转开关①与按动开关②内外嵌套实现一体化，按动开关②设在内部，与旋转开关①联接。外壳弯曲出水口标号为①，第二层管壁上另设一个出水口②，出水口②与出水口①位置相同。出水口②的作用在于使两个开关独立工作，互不影响。

水龙头工作过程如下所述：当需要大量出水的时候，按动开关②，安装在粗杆①下方的弹簧弹起复位，细杆②均上升一定高度，则原本挡住出水口②的粗杆①被抬高，即打开了出水口②，出水口②与出水口①位置相同，此时水龙头能实现大量出水；再次按动开关②，弹簧被压缩，细杆②下降，粗杆①重新堵住出水口②，即关闭了水龙头。当需要少量出水的时候，顺时针旋转开关①，第二层连同内部所有部件（如粗杆①、细杆②、弹簧等）整体沿水龙头外壳管壁内螺纹上升一定高度，相当于水龙头的底部为空，即打开了出水口①，此时水龙头出水；然后第二层结构会在发条与擒纵机构的共同作用下复位，再次堵住出水口①，实现水龙头的自动关闭。

图1 机械式自动断水水龙头模型

图2 机械式自动断水水龙头纵向剖视图

本方案设计运用了机械式手表中的机构原理来实现水龙头无级式出水且可自动关闭的功能。发条机构、擒纵调速器和振动系统一同装在圆柱形开关①的内部，组装成如图3所示的模型。发条源动工作系将开关①旋转时储存在卷成螺线型的带簧中的能量作为自动关闭水龙头的能源，当弹性势能释放时可带动开关①反向运动。叉瓦式擒纵机构与摆轮游丝振动系统相互配合，根据振动系统的固定周期，可控制擒纵轮的转动速度，使它在每一周期中转过一齿，从而实现了发条的匀速复位。

图3 机械式自动断水水龙头运动构件结构简图（开关内部构造）

二、尺寸设计

机械式自动断水水龙头的理论设计尺寸为：总长约60mm，总高约115mm，总宽约40mm。旋转开关①为直径21mm、高25mm的圆柱形开关，按动开关②为直径15mm的圆柱形开关，按动开关②比旋转开关①的位置低5mm。出水口①和②均为直径为8mm的圆形口，每一层的壁厚为1mm，管壁上的螺纹长度为20mm。由于本设计涉及了较多的尺寸，且出于实用性等多方面的考虑，上述理论设计尺寸仅适用于设计的初期阶段，并不十分准确，还需要借助软件的模拟仿真来不断地更改和调试，使整体尺寸与局部尺寸都限定在某一精度范围内。

为了保证使用的便利性，在投入使用前，还需要对水龙头样品进行开关①的回转速度检测，计算出无级式自动断水水龙头出水量。若已知关闭内螺纹螺距P、游丝振动系统的振动周期T、擒纵轮的齿数为Z、主动轮系与从动轮的传动比、水的流速q，那么当转动圈数为N时，则可计算出水龙头的出水量Q。这样就可以通过实验的方式测出旋转圈数和出水量的关系表达式，为用户提供使用说明手册，内容可包括一些常用水量旋转圈数表，为日常生活中的用水情况提供使用说明，使得水龙头的使用完全不存在技术问题，保证其推广性和可行性。

参考文献：

[1]郑仕文．圆珠笔芯伸缩机构的力学分析实例．2012-9-5