彈簧活塞式減壓閥主彈簧設計

                      彈簧活塞式減壓閥主彈簧設計

                       上海申弘閥門有限公司

之前介紹在線調節減壓閥，現在介紹彈簧活塞式減壓閥主彈簧設計主閥彈簧的設計

主閥彈簧的作用是在主閥芯上升時作為復位力，并且主閥彈簧剛度較小，因此又稱為弱性彈簧。減小主閥彈簧的剛度K1，有利于提高減壓閥的壓力穩定性，但是，K1值過小會使減壓閥動態過渡時間延長，降低閥的動態性能。所以，合理的選擇主閥彈簧的剛度K1很是重要。根據已有的性能良好的減壓閥資料統計[3]，主閥彈簧的預壓緊力Pt可以按照以下范圍來選取：對于工作壓力為21～31.5Mpa的減壓閥，額定流量小于250L/min時，主閥彈簧的預壓緊力Pt=19.6～45N；額定流量q=250L/min～500L/min時，主閥彈簧的預壓緊力Pt=58.8～78.4N；額定流量q>1000L/min時，主閥彈簧預壓緊力Pt=196～294N。主閥彈簧的預壓縮量Y按下列計算公式計算得：

Y=（2～5）×S             

式中的系數，在大流量時取大值，反之取小值。S—主閥開口量（cm）。

所以，取 Y=20mm。

減壓閥經過阻尼孔后的壓力損失經驗為:2～3bar（即0.2～0.3Mpa）

根據計算公式得：

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

Y—主閥彈簧的預壓縮量(cm)，Smax—閥口大開口量（cm）。

計算得出:k1=3140N/m。

在主閥彈簧的剛度K1和預壓縮量Y選定之后，計算出主閥彈簧的預壓緊力Pt，有公式K1=Pt/Y得，Pt=62.8N。

Pt在額定流量q=250L/min～500L/min時，主閥彈簧的預壓緊力Pt=58.8～78.4N范圍內，所以符合要求。

現在已知條件：主閥彈簧的大載荷F=K1×（Smax+Y）=3140×(0.01+0.02)=94.2N，變量為30mm,計算出彈簧的主要尺寸。

根據工作要求確定彈簧的結構、材料和許用應力，要求中需滑閥動作靈敏、可靠；所以這種彈簧材料為碳素彈簧應該列為第Ⅰ組類彈簧活塞式減壓閥主要由調節彈簧、膜片、活塞、閥座、閥瓣等零件組成。利用膜片直接傳感下游壓力驅動閥瓣，控制閥瓣開度完成減壓穩壓功能。本產品在城市建筑、高層建筑的冷熱供水系統中，可取代常規分區水管，節省設備。也可在通常的冷熱水管網中，起減壓穩壓作用。本產品調壓、穩壓動作平穩，適用于水和非腐蝕性液體介質的管路。

1. 首先初選彈簧的直徑為d=2mm，
2. 選擇彈簧的指數C，有表12-6[2]  李振清，彭榮濟，崔國泰合編，《機械零件》，北京工業學院出版社.1987]，C=10 這里也考慮到了外徑為20mm左右。
3. 計算彈簧絲的直徑，有公式得：曲度系數

 =1.145    (12-3)

有表12-1[2]查得，彈簧材料在d=2mm時，碳素彈簧鋼絲的拉伸強度極限=2000Mpa，查表12-3得，=0.4×2000=800Mpa。大工作載荷為F，其強度公式為：

再根據設計公式：

=1.86mm     (12-5)

式中—彈簧材料的許用扭轉應力（Mpa）；

 F—軸向載荷（N）；

d —彈簧絲的直徑（mm）；

 C—彈簧指數，又稱為旋繞比，C=，為彈簧的中徑；

 K—曲度系數，又稱應力修正系數。

d<2mm，說明與初選值相符。

故采用d=2mm的彈簧絲。



1. 彈簧活塞式減壓閥主彈簧設計計算彈簧的工作圈數

有公式，G—彈簧材料的剪切彈性模量，對于鋼G為80000Mpa，青銅G為40000Mpa；

=6.37，取為7圈                (12-2)

所以，n=7；

1. 彈簧的穩定性校核

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,水減壓閥彈簧的自由高度與中徑之比，稱為高徑比b,也稱為細長比。

當高徑比b值較大時，軸向載荷F如果超過一定的限度，就會使彈簧產生側向彎曲而失穩，這在工作中是不允許的，故設計壓縮彈簧時應該給予校核。

要使壓簧不產生失穩現象，其高徑比應該小于臨界高徑比即

b=/≤,的值視彈簧端部支承方式而定。端部支承為兩端固定時=5.3，一端固定，一段可自由轉動時=3.7，兩端可自由轉動時=2.6。

彈簧的節距 t， 由表12-4[1]查得:t=d+≥d+/n+0.1d=2+30÷7+0.2=6.49mm    (表12-4)

—相鄰兩圈間的間隙(mm)，

所以，取t=7mm.兩端支承圈共為2.5圈，有表12-4查得彈簧的自由高度為：

= nt + 2d=7×7+2×2=53mm。                         (表12-4)

高徑比:  b=/==2.65,  一端固定，一端可以自由轉動，=3.7，故穩定。



1. 其他計算

極限載荷   有表12-3查得

=1.25×800=1000Mpa

則彈簧的極限載荷為：  =127.12N

小工作載荷取為：=0.4F=0.4×94.2=37.68N

極限載荷下的變形量：=40.4mm

極限載荷下的彈簧高度：=53-40.4=12.6mm。

大工作載荷下的彈簧高度：=53-30=23mm。

小工作載荷下的彈簧高度：=53-10=43mm。

彈簧的中徑、外徑D、內徑為：

=Cd=10×2=20mm  ,D=+d=22mm  , =-d=18mm

總圈數：=n+2.5=7+2.5=9.5

彈簧螺旋線升角：=6.6°

彈簧的展開長度L為：L==596.75≈597mm。

1. 畫工作圖

彈簧的端部結構對彈簧的正常工作起著很重要的作用。比較重要的壓簧的兩端各有3/4～1圈的并緊支承圈，端面經磨平并與彈簧的軸線垂直。

技術要求：1.總圈數：=9.5     2.工作圈數：n=7   3.旋向  右旋

4.展開長度L=597mm，     5.制造技術條件按GB1239-76。與本產品相關論文：PLC控制智能電動調節閥