基于 Maple的重载货车弹簧优化设计.pdf

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1、设计与制造2014睇1期(第27卷，总第129期)·机械研究与应用·基于Maple的重载货车弹簧优化设计胡敬轩，商跃进，王红(兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州730070)摘要：圆柱螺旋弹簧是铁道车辆的重要零部件之一，它具有支撑、减振、力传递等作用．．在满足使用条件与可靠性的同时叉能做到轻量化是A-4H一直普遍关注的问题．在弹簧优化设计中考虑了刚度、剪切强度、疲劳强度、稳定性、不发生共振、不并圈、旋绕比约束，以弹簧质量最小为目标函数建立了重载货车弹簧的优化设计数学模型，并研究了利用Maple的优化助手求解模型的方法。算例分析表明，弹簧质量比优化前减轻33．87％．．关键词

2、：重栽货车；圆柱螺旋弹簧；Maple；数学模型；优化设计；优化助手中图分类号：U270．2文献标志码：A文章编号：1007—4414(2014)01—0l36—03OptimumDesignofHeavyHaulFreightCarSSpringBasedonMapleHUJing—xHan，SHANGYue—iin，WANGhong(SchoolofMechatronicEngineering，LanzhouJiaotongUniversity，l~tnzhouGansu737fJ，China)Abstract：Helicalspringsisoneoftheimport

3、antpartsofrailwayvehMes，ithassupport，shockabs()rplion，powertransmis—sionandsoon．Itconsidersthestiffness，shearstrength，fatiguestrength，stahility，resonance，ringandspringIIOrlllSintheoptimizationprocess，establishingmathematicalmodelwithminimumweightasobjectivefunctionandresearchingusingMaplet

4、I【】timizationmethodstosolvethemode1．Theexamplesshowthattheoptimizedspringhas33．87％lessthanbef1)re．Keywords：heavyhaulfreightcar；cylindricalspiralspring；Maple；mathematicalmodeloptimumdesign；optimizationassistanl1引言2．3约束条件我国铁路货车正在向高速、重载方向发展，车辆约束条件有：刚度、剪切强度、疲劳强度、稳定性、自蓖也随之增加。车辆自重的增加必然会导致轮轨不发生共振

5、、不并圈、旋绕比。之间垂向作用的增加，尽量减少每个零件的重量一直2．3．1刚度是科研人员的研究方向。满足使用要求同时能做到刚度是弹簧的重要指标之一，根据现场与实际经轻量化，是弹簧设计的新方向。马金奎在弹簧优验总结，要求刚度必须与理论刚度相一致。化过程中，没有考虑疲劳强度约束条件，然而疲劳断K=[]裂是弹簧断裂的主要失效形式；岳桂杰通过KG茁(2)—～8n—z3Matlab来完成优化，然而Matlab具有需要编程，可操作性差，人机交互差等缺点。为此，本文考虑了疲劳式中：K为弹簧的刚度；G为弹簧钢的剪切弹性模强度建立_『重载货车弹簧的优化设计数学模型，并研量，79．4GPa；[

6、K]为许用刚度。究_r利用Maple的优化工具求解模型的方法。2．3．2剪切强度2弹簧优化设计模型建立为了满足弹簧的强度条件，要求弹簧的应力必须2．1设计变量小于许用切应力。簧条直径、弹簧工作圈数以及弹簧中径是圆柱螺弹簧的切应力计算公式：旋弹簧的最基本参数，其它参数均为导出参数。因[丁】一Jr。≥0(3)此，将簧条直径d、弹簧工作圈数l／,及弹簧中径Z这三式中：丁⋯为最大切应力，丁l：；[]为许用切个摹本参数作为设计变量。耵a2．2目标函数应力；C是应力修正系数或曲度系数，C=+斗，，E一斗分析1]I得劂柱螺旋弹簧的质量汁算公式如下：2一【)其中，m为旋绕比，m：D"=p(

7、n+n，。一)()(1)叶2．3．3疲劳强度条件式叶J为弹簧支撑圈圈数；』9惮簧材料密度，7．8×弹簧的破坏性试验主要是疲劳折断，为此，引入10kg／mIll：收稿日期：20I4—01—03作者简介：t胡做车

8、(I988一)．．黑坨汀寓锦人，在渎硕t，蔓要从书机械设l‘论及麻用、铁道辆零部件现代设汁方法的究r作·l36·