减压阀的设计

4.2减压阀的设计步骤

4.2.1主要结构尺寸的初步确定[7]

（1）减压阀的进出口直径D0（单位为m ）

m 042.06

14.312014][q 40D =⨯⨯=≥Vs s π (2-9) 式子中：qs-阀的公称流量；

[Vs]-进出油口处油液的许用流速，一般取[Vs]=6m/s 。

所以，取进出口直径D0=48mm

（2）主阀芯大直径D 及中间小直径D1。适当增大主阀芯大直径D ，可以提高阀的灵敏度，降低压力超调量；可以提高开启压力，保证阀的压力稳定。不过，D 值过大时将会使阀的结构尺寸和阀芯质量加大、主阀上腔容积增加，导致动态过渡时间延长。

从强度考虑：D1≥D/2 (cm) 通过主阀芯与阀体间环形通道的流量公式为：()

V Q 22D1-D 4

⨯=π，上式中流量Q 以公称流量Qq 代入，环形通道中油液流速V ≤6m/s ，取d1=D/2,则： Qq

D D D 22.06100]2[4Qq 67.1622≥⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-≤

π （2-48） 式子中：Qq —公称流量（L/min ）,

根据已知条件Qq=500L/min,计算得出：D ≥49.19mm 。

所以，取D=50mm ， D1=25mm

（3）尼小孔直径d0及长度L0,设计时一般根据经验选取：

d0=（0.08～0.12）×2-10， L0=（7～19）×d0 （2-50）

d0与L0的确定是十分重要的：如果d0太大或L0太短，则起不到阻尼作用，这不仅影响到出口压力的稳定性，而且还会使通过导阀的外泄漏量增大；反之，如果d0太小或者L0太长，则会影响减压阀的动态性能，例如会使出口压力超调量加大。

所以，取d0=1.2mm , L0=23mm

（4）主阀阀口最大开口量Smax 。

为使阀口的最大开口量Smax 时，油液流经阀口不产生扩散损失，应使开口

面积DS πmax 不大于主阀芯与主阀体间环形截面面积()

,1D -D 422 π

即 ()

22D1-D 4max ππ≤DS （2-51） 上式中，取D1=D/2，则 Smax ≤0.187D=0.187×50=9.35mm

所以，取 Smax=10mm 。

（5）阀体的槽宽腔B1和B2。

槽宽腔B1和B2可以根据结构的布置确定

（6）主阀芯与先导阀盖的间距L2

L2≥Smax （cm ） （2-52）

式中Smax —主阀阀口最大开口量（cm ）。

（7）先导锥阀角2ϕ的选定。

适当减小先导阀锥角2ϕ，除了可以减小先导阀的液动力刚度、提高先导阀的稳定性外，还可以增大阀芯与阀座接触的支反力R ，提高密封性能，以免在外界油压发生变化时，由于密封性能不良，导致先导阀振动，如图所示。但是先导

阀锥角2ϕ也不易取得过小。因为锥角过小，一方面影响阀的溢流性能，另一方面导致支反力R 过大。一般取2ϕ=40°，较新的减压阀可以取2ϕ=24°。

如图4-1

4.2.2 主阀弹簧的设计

主阀弹簧的作用是在主阀芯上升时作为复位力，并且主阀弹簧刚度较小，因此又称为弱性弹簧。减小主阀弹簧的刚度K1，有利于提高减压阀的压力稳定性，但是，K1值过小会使减压阀动态过渡时间延长，降低阀的动态性能。所以，合理的选择主阀弹簧的刚度K1很是重要。

根据已有的性能良好的减压阀资料统计[3]，主阀弹簧的预压紧力Pt 可以按照以下范围来选取：对于工作压力为21～31.5Mpa 的减压阀，额定流量小于250L/min 时，主阀弹簧的预压紧力Pt=19.6～45N ；额定流量q=250L/min ～

500L/min 时，主阀弹簧的预压紧力Pt=58.8～78.4N ；额定流量q>1000L/min 时，

主阀弹簧预压紧力Pt=196～294N 。主阀弹簧的预压缩量Y 推荐按下列计算公式计算得：

Y=（2～5）×S (9-53)

式中的系数，在大流量时取最大值，反之取小值。S —主阀开口量（cm ）。 所以，取 Y=20mm 。

减压阀经过阻尼孔后的压力损失经验为:2～3bar （即0.2～0.3Mpa ）

根据计算公式得：

Y K r ⨯=⨯⨯1Pmin 2π

()Y K r P +•=⨯⨯Sm ax 1m ax 2π (9-54)

式子中，Pmin=0.2Mpa ，Pmax=0.3Mpa ，r —阀芯低面槽的半径（cm ），

Y —主阀弹簧的预压缩量(cm)，Smax —阀口最大开口量（cm ）。

计算得出:k1=3140N/m 。

在主阀弹簧的刚度K1和预压缩量Y 选定之后，计算出主阀弹簧的预压紧力Pt ，有公式K1=Pt/Y 得，Pt=62.8N 。

Pt 在额定流量q=250L/min ～500L/min 时，主阀弹簧的预压紧力Pt=58.8～78.4N 范围内，所以符合要求。

现在已知条件：主阀弹簧的最大载荷F=K1×（Smax+Y ）=3140×

(0.01+0.02)=94.2N ，变量λ为30mm,计算出弹簧的主要尺寸。

根据工作要求确定弹簧的结构、材料和许用应力，要求中需滑阀动作灵敏、可靠；所以这种弹簧材料为碳素弹簧应该列为第Ⅰ组类

1） 首先初选弹簧的直径为d=2mm ，

2） 选择弹簧的指数C ，有表12-6[2] 李振清，彭荣济，崔国泰合编，《机械零件》，北京工业学院出版社.1987]，C=10 这里也考虑到了外径为20mm 左右。

3） 计算弹簧丝的直径，有公式得：曲度系数

10

615.04-1041-104C 615.04-C 41-C 4K +⨯⨯=+= =1.145 (12-3) 有表12-1[2]查得，弹簧材料在d=2mm 时，碳素弹簧钢丝的拉伸强度极限B σ=2000Mpa ，查表12-3得，[]B 4.0στ==0.4×2000=800Mpa 。最大工作载荷为F ，其强度公式为：[]τπτ≤=2d

FC 8K 再根据设计公式：