圆柱螺旋弹簧的可靠性优化设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com·机械制造与研究·曾祥璞·圆柱螺旋弹簧的可靠性优化设计圆柱螺旋弹簧的可靠性优化设计曾祥璞(江汉石油管理局第四机械厂资产机动科，湖北荆州434024)摘要：圆柱螺旋弹簧在很多场合都得到了广泛应用。本文综合了可靠性设计理论和最优化技术的优点于一体，介绍了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，建立其可靠性优化设计的数学模型，给出了其可靠性优化实例。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；TBll4．3文献标识码：A文章编号：1

2、671—5276(20o5)05—0012—04南TheReliabiletyOptimumDesignofCylindrical-helixSpringZENGXiangSpu(TheFourthMachineFactoryofJianghanPetroleumAdministrationBureau，HBJingzhou434024，China)Abstract：Thecylindrical—helixspringiswidelyusedinmanyfields．Thispassageintigratesthemeritsbothof

3、reliabilitydesigntheoryanditsoptimumtechnics．hintroducesordinarymethodsforthereliabilityoptimumdesignofmechanicalproducts．Accordingtodesigndemandsofcylindrical—helixspring，itsetsupmathematicmodelforthereliabilityoptimumdesignandgivesexamplesofthereliabilityoptimumdesign．K

4、eywords：cylindrical—helixspring；targetfunction；restraintcondition；reliability；optimumdesign0引言1机械可靠性优化设计的数学设计现代机械产品应该是在满足各种常规约模型束和可靠性约束的条件下追求成本最低、质量最轻和体积最小。机械产品的可靠性设计也存在一个目标函数、约束条件和设计变量是优化设计数优化问题，从而使设计的产品在可靠性满足规定的学模型的三个要素。相对于常规优化设计，可靠性前提下，其参数获得优化解。弹簧应用广泛，种类优化设计的特点在于将可靠性设计

5、引入了优化设繁多。在设计弹簧时，通常是根据最大工作载荷、计当中。可靠性设计理论与优化技术结合起来，有所允许的变形和对结构方面的要求来确定弹簧丝下面两种方法，本文采用的是第二种可靠性优化设计方法。a)按机械产品可靠性指标建立一个目标函数，而按产品的其他要求建立另外的一个或多个目标函数，然后进行多目标函数优化设计。其数学模型l1J如下：maxR(X)1minFf(x)(i=1，2，⋯，q)s．tG(X)(J=1，2，⋯，m)J图1圆柱螺旋弹簧式中：R(X)——可靠性函数；(x)——某一目标函数；直径、弹簧中径、工作圈数和弹簧自由高度等。按Gi

6、(x)——约束条件。照常规的设计方法，需要进行多次反复运算，才能b)将机械产品功能参数可靠性指标作为约束取得一个满足设计要求的方案，但往往都不是最优条件，建立数学模型，进行优化设计。方案。本文综合了可靠性设计理论和最优化技术maxF(X)1的特点，使设计出来的弹簧既是优化的最佳方案，s．tR(x)≥R0(i=1，2，⋯，q)同时能够满足规定的可靠度要求。G(X)(=1，2，⋯m)J．·12·http：／／ZZHD．chirmjournalnet．cnE—mail：ZZHD@chirmjouma1．netcrl《机械制造与自动化》维普资讯h

7、ttp://www.cqvip.com·机械制造与研究·曾祥璞·圆柱螺旋弹簧的可靠性优化设计式中：F(X)——目标函数；曲度系数：K一=将+(5)R(X)——机械产品的可靠性函数；Rn——给定的可靠度水平；c标准差盯K与弹簧指数c的变化有关，平G(X)——约束条件。均可取aK≈0．045；2圆柱螺旋弹簧的可靠性优化轴向载荷F：其均值可按名义工作载荷取值，标准差盯F及变差系数cF可按载荷的允许偏差数学建模±AF确定，即0"F=AF／3；cv：AF／(3F)；由于弹簧的应用场合和任务不同。弹簧可靠性弹簧中径D：其均值按名义尺寸取值，标准优化设

8、计的目标函数存在多种可能性。比如，质量差根据弹簧的精度等级和弹簧指数查表选取；最轻、承载能力最大或是刚度最大，等等。选取什弹簧钢丝直径d：其标准差按规定的钢丝么项目作为最优目标以及什么是最优，