彈簧活塞式減壓閥主彈簧設(shè)計(jì)

                      彈簧活塞式減壓閥主彈簧設(shè)計(jì)

                       上海申弘閥門有限公司

之前介紹在線調(diào)節(jié)減壓閥，現(xiàn)在介紹彈簧活塞式減壓閥主彈簧設(shè)計(jì)主閥彈簧的設(shè)計(jì)

主閥彈簧的作用是在主閥芯上升時(shí)作為復(fù)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(wěn)定性，但是，K1值過(guò)小會(huì)使減壓閥動(dòng)態(tài)過(guò)渡時(shí)間延長(zhǎng)，降低閥的動(dòng)態(tài)性能。所以，合理的選擇主閥彈簧的剛度K1很是重要。根據(jù)已有的性能良好的減壓閥資料統(tǒng)計(jì)[3]，主閥彈簧的預(yù)壓緊力Pt可以按照以下范圍來(lái)選?。簩?duì)于工作壓力為21～31.5Mpa的減壓閥，額定流量小于250L/min時(shí)，主閥彈簧的預(yù)壓緊力Pt=19.6～45N；額定流量q=250L/min～500L/min時(shí)，主閥彈簧的預(yù)壓緊力Pt=58.8～78.4N；額定流量q>1000L/min時(shí)，主閥彈簧預(yù)壓緊力Pt=196～294N。主閥彈簧的預(yù)壓縮量Y按下列計(jì)算公式計(jì)算得：

Y=（2～5）×S             

式中的系數(shù)，在大流量時(shí)取大值，反之取小值。S—主閥開口量（cm）。

所以，取 Y=20mm。

減壓閥經(jīng)過(guò)阻尼孔后的壓力損失經(jīng)驗(yàn)為:2～3bar（即0.2～0.3Mpa）

根據(jù)計(jì)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(yù)壓縮量(cm)，Smax—閥口大開口量（cm）。

計(jì)算得出:k1=3140N/m。

在主閥彈簧的剛度K1和預(yù)壓縮量Y選定之后，計(jì)算出主閥彈簧的預(yù)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(shí)，主閥彈簧的預(yù)壓緊力Pt=58.8～78.4N范圍內(nèi)，所以符合要求。

現(xiàn)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(jì)算出彈簧的主要尺寸。

根據(jù)工作要求確定彈簧的結(jié)構(gòu)、材料和許用應(yīng)力，要求中需滑閥動(dòng)作靈敏、可靠；所以這種彈簧材料為碳素彈簧應(yīng)該列為第Ⅰ組類彈簧活塞式減壓閥主要由調(diào)節(jié)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(qū)動(dòng)閥瓣，控制閥瓣開度完成減壓穩(wěn)壓功能。本產(chǎn)品在城市建筑、高層建筑的冷熱供水系統(tǒng)中，可取代常規(guī)分區(qū)水管，節(jié)省設(shè)備。也可在通常的冷熱水管網(wǎng)中，起減壓穩(wěn)壓作用。本產(chǎn)品調(diào)壓、穩(wěn)壓動(dòng)作平穩(wěn)，適用于水和非腐蝕性液體介質(zhì)的管路。

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

 =1.145    (12-3)

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

再根據(jù)設(shè)計(jì)公式：

=1.86mm     (12-5)

式中—彈簧材料的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（Mpa）；

 F—軸向載荷（N）；

d —彈簧絲的直徑（mm）；

 C—彈簧指數(shù)，又稱為旋繞比，C=，為彈簧的中徑；

 K—曲度系數(shù)，又稱應(yīng)力修正系數(shù)。

d<2mm，說(shuō)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(shè)計(jì)計(jì)算彈簧的工作圈數(shù)

有公式，G—彈簧材料的剪切彈性模量，對(duì)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(wěn)定性校核

上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)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(xì)長(zhǎng)比。

當(dāng)高徑比b值較大時(shí)，軸向載荷F如果超過(guò)一定的限度，就會(huì)使彈簧產(chǎn)生側(cè)向彎曲而失穩(wěn)，這在工作中是不允許的，故設(shè)計(jì)壓縮彈簧時(shí)應(yīng)該給予校核。

要使壓簧不產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，其高徑比應(yīng)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(shí)=5.3，一端固定，一段可自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)=3.7，兩端可自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)=2.6。

彈簧的節(jié)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(zhuǎn)動(dòng)，=3.7，故穩(wěn)定。



1. 其他計(jì)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(nèi)徑為：

=Cd=10×2=20mm  ,D=+d=22mm  , =-d=18mm

總?cè)?shù)：=n+2.5=7+2.5=9.5

彈簧螺旋線升角：=6.6°

彈簧的展開長(zhǎng)度L為：L==596.75≈597mm。

1. 畫工作圖

彈簧的端部結(jié)構(gòu)對(duì)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(jīng)磨平并與彈簧的軸線垂直。

技術(shù)要求：1.總?cè)?shù)：=9.5     2.工作圈數(shù)：n=7   3.旋向  右旋

4.展開長(zhǎng)度L=597mm，     5.制造技術(shù)條件按GB1239-76。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：PLC控制智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥