圆柱螺旋弹簧的可靠性优化设计2.pdfVIP

维普资讯 第 l8卷 第 3期 机械研究与应用 V0ll8 No3 2005年6月 MECHANICALRESEARCH APPLICATION 20o5-06 圆柱螺旋弹簧的可靠性优化设计 陈义厚 ，丁凌云 (长江大学 机械工程学院，湖北 荆州 434023) 摘 要 ：圆柱螺旋弹簧已得到了广泛应用。综合可靠性设计理论和最优化技术的优点于～体 ，介绍机械产品可靠性优化设计的一般 方法，并按照圆柱螺旋弹簧的设计要求，建立了其可靠性优化设计的数学模型，给出其可靠性优化实例。 关键词：圆柱螺旋弹簧；目标函数；约束条件；可靠性 ；优化设计 中图分类号：TH135 ．1 文献标识码：B 文章编号：1007—4_414(2005)03—0077—03 1 引言 式中：()为可靠性 函数 ；Fi()为某一 目标 函数 ；c( )为 设计现代机械产品应该是在满足各种常规约束和可靠性 约束条件。 约束 的条件下追求成本最低 、或质量最轻 、体积最小。机械产 (2)将机械产品功能参数可靠性指标作为约束条件 ，建 品的可靠性设计也存在一个优化 问题，从而使设计的产品在 立数学模型，进行优化设计 。 可靠性满足规定的前提下，其参数获得优化解 。弹簧应用广 minF() 1 泛 ，种类繁多。在设计弹簧时，通常是根据最大工作载荷 、所 S．tR。()≥R0 (i=1，2，……，q)} 允许的变形 以及对结构方面的要求来确定弹簧丝直径、弹簧 G() (』=1，2……，m)J 中径、工作圈数、弹簧 自由高度等。按照常规的设计方法，需 式中： )为 目标函数 ； 。()为机械产品的可靠性 函数 ；Ro 要进行多次反复运算 ，才能取得一个满足设计要求的方案 ，但 为给定的可靠度水平 ；G，()为约束条件。 往往都不是最优方案。笔者综合了可靠性设计理论和最优化 3 圆柱螺旋弹簧的可靠性优化数学建模 技术的特点，使设计 出来的弹簧既是优化的最佳方案 ，同时能 由于弹簧的应用场合和任务不同，弹簧可靠性优化设计 够满足规定的可靠度要求 。 的目标函数存在多种可能性。比如，质量最轻，承载能力最 大，或者是刚度最大 ，等等。选取什么项 目作为最优 目标 以及 什么是最优，这里存在一个价值标准的问题 ，需根据设计 目标 的要求而定 。 3．1 确定设计变量 影响弹簧重量的参数有弹簧钢丝直径 d，弹簧 中径 D，弹 簧有效圈数n。它们都是独立 的参数 ，故取这3个参数作为设