基于Matlab的圆柱螺旋弹簧设计计算与优化.pdf

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1、设计与制造2015年第1期(第28卷，总第135期)·机械研究与应用·基于Matlab的圆柱螺旋弹簧设计计算与优化周尧，张丰华，田沣，杨林(西安航空计算技术研究所，陕西西安710119)摘要：传统的弹簧设计计算包括：确定工况、初步确定参数、查表、计算、修改参数，再次计算⋯，这样反复迭代直到符合要求的计算过程，计算量很大且容易出错，对设计者设计经验有较高要求。本文提出了一种基于Matlab的圆柱螺旋弹簧设计计算方法，可以快速计算出弹簧设计参数，并且可以按照弹簧外形尺寸最小的目标对弹簧进行优化，提高设计效率，减小设计者工作量。关键词：弹簧；Matlab；优化设

2、计中图分类号：TH12文献标志码：A文章编号：1007—4414(2015)O】_0124—02CalculationandOptimizationDesignofCylinderHelixSpringBasedonMATLABZHOUYao，ZHANGFeng-hua，TIANFeng，YANGLin(ChinaAeronauticalComputingTechniqueResearchInstitute，Xi"anShaanxi710119，China)Abstract：Thetraditionaldesignandcalculationofsprin

3、gincludesthesesteps：determiningworkingconditions，determiningtheinitialparameters，lookingupthetableandcalculatingagain．It"sacomplexprocessandit"Seasytomakemistakes．ThispaperpresentedadesignmethodofhelixspringbasedonMadab，theparametersofspringcanbecomputedquickly，andthespringcanbeop

4、timizedtohaveaminimumsize，thuscouldenhancethedesigneficiencyanddecreasetheamountofwork．Keywords：spring；Matlab；optimizationdesign0引言量；⑦计算试验负荷及试验负荷下的高度与变形量；弹簧广泛应用于机械、仪表、电子、交通运输等行⑧特性校核；⑨计算结构参数；⑩弹簧的疲劳强度和业，是涉及面较大的基础机械零件j。弹簧的种类稳定性校核；⑩得出全部设计参数。以上计算过程的繁多，应用较多的有圆柱螺旋弹簧、碟形弹簧、片弹簧公式见相关文献，计算过程需

5、要以下6个输入参数：等。目前，圆柱螺旋弹簧的设计、制造已经较为成熟，预估弹簧中径D、预估材料直径d、安装高度日，、安装有大量资料可供使用，其中GB／T1239．6—92《圆柱螺负荷P，、工作高度、工作负荷P：。一般情况下，弹旋弹簧设计计算》对于一般的圆柱螺旋弹簧设计计簧的工况为已知，即以上6个输入参数中除预估弹簧算过程已有详细规定，设计者可以按照国标中的中径D、预估材料直径d外其它4个参数为确定值。要求设计所需的圆柱螺旋弹簧。然而，传统的弹簧设计算中仅弹簧中径，)、预估材料直径d为自变计计算包括：确定工况、初步确定参数、查表、计算、修量，因此选择这两个变量

6、为设计变量。改参数，再次计算⋯，这样反复迭代直到符合要求的需满足的约束条件为：计算过程，计算量很大且容易出错，对设计者设计经(1)旋绕比C=D／d，需满足表1的要求。验有较高要求。本文提出了一种基于Matlab的圆柱螺旋弹簧设计计算方法，可以快速计算出弹簧设计参表1旋绕比数，并且可以按照弹簧外形尺寸最小的目标对弹簧进行优化，提高了设计效率，减小了设计者工作量。1圆柱螺旋弹簧设计计算的数学模型GB／T1239．6-92(圆柱螺旋弹簧设计计算》中的(2)特性校核：弹簧计算过程主要包括以下步骤：①确定弹簧的工0．2F≤Fl2≤0．8F况；②根据工况选择材料并预估

7、钢丝直径，查表得材式中：F为试验负荷下的变形量；F为安装变形量；F2料切变模量、材料抗拉强度极限；③计算旋绕比，查图为工作变形量。得曲度系数，计算钢丝直径并与预估值比较是否符合；④计算所需刚度和圈数；⑤计算弹簧刚度、变形量(3)螺旋角o~=arctan(t)和负荷校核；⑥计算自由高度、压并高度和压并变形收稿日期：2014—12—23作者简介：周尧(1986一)，男，陕西安康人，工程师，主要从事机载计算机结构设计工作。·124··机械研究与应用·2015年第1期(第28卷，总第135期)设计与制造式中：t为弹簧节距。OL应满足5。≤ot≤9。。Aeq‘=be

8、q(4)共振校核lb≤≤ub式中)为标量方程；、b、beq、lb和