为了改善广泛应用的直动式溢流阀的颤振行为考虑油液压缩性、管道弹性和阀芯碰撞阀座时的能量损失建立了溢流阀无量纲形式的数学模型。以4种不同的弹簧预压缩量作出了相位和向量场分布图得到了系统的稳定平衡状态。应用非光滑动态系统理论和计算软件MATLAB画出了单参数和双参数分岔图发现系统存在Hopf分岔、极限环鞍结点分岔、广义Hopf分岔和尖点分岔等分岔现象。搭建了测试平台得到了阀芯位移分岔图和频谱瀑布图对数学模型进行了实验验证。结果表明小流量时为混沌或周期碰撞震荡增大流量可改善阀芯颤振行为为周期非碰撞震荡或稳定平衡状态。此研究工作为直动式溢流阀的失稳机理和颤振行为提供了理论依据。