弹簧的优化设计(yasuo).pdfVIP

维普资讯 第6卷第4期 辽宁师专学报 V01．6 NO．4 2004年 12月 JournalofLiaoningTeachersCollege Dec．2O04 【应用研究】 弹簧的优化设计 张子春 (朝阳市财经学校，辽宁 朝阳 122000) 摘 要：对弹簧进行优化设计 ，首先要确定 目标函数与设计变量 ，其次确定约束函数，最后建立数学模 型，利用计算机求出优化结果 ．与经验设计方法相比较 ，采用优化设计方法可节约原材料 45．4％，由此得 出 优化设计方法在机械设计行业具有广阔的发展前景． 关键词：优化设计； 目标函数 ；约束函数 ；数学模型 中图分类号 ：TH122 文献标识码 ：A 文章编号 ：1008—5688 (2004)04—0081—03 1 弹簧优化设计的基本含义 机械优化设计是以数学规划论为理论基础，运用计算机求机械设计最优参数的现代先进设计方法． 利用计算机进行优化设计 ，无论在机构综合 、通用机构零部件设计方面，还是在各种专业机械和工艺 装备的设计方面都取得了显著成果．弹簧的优化设计有其结构要求或其它规定，诸如强度、刚度、稳定 性、结构等的限制．因此弹簧优化设计的含意是 ：选择设计变量，使 目标函数值为最优 (极大或极小)， 并满足所有的技术性能及其它要求． 2 弹簧优化设计方法 弹簧优化设计一般可分为四个步骤 ，即：确定 目标 函数与设计变量 、确定约束函数 、建立数学模型、 求出优化结果 ．现以LAy3按钮触头弹簧为例具体说明： 2．1 确定 目标函数 与设计 变量 弹簧设计要求在满足强度 、刚度和其它性能限制的条件下 ，选择钢丝直径 d、簧圈中径 D 和工作圈 数 ，使弹簧的重量最轻，所以将弹簧重量 作为 目标函数，其计算公式为： 』2 一 W ：( + 2)nD2兰一。cD 由上式可以看出，欲使弹簧重量最轻 ，关键在于适当选取弹簧参数 d、D 和 ，因此 ，确定设计变量为： ] d] = 1I2I=ID2I． z j l扎j 将设计变量及 p、 值代入 计算式整理 ，得 目标函数式为： W ：F(1，z2，3)=1．923×10一(3+1．5) 2·z 2．2 确定约束 函数 根据弹簧强度 、刚度、簧丝直径等限制条件，确定约束函数．LAy3按钮触头弹簧的最大变形量 ：6．14 mm，工作载荷 F：1．28N，工作频率 _厂：25Hz，材料为碳素弹簧钢丝 I，要求寿命为 3×10(循环工作次 数)．弹簧的结构要求满足： 钢丝直径 ：0．22mm≤d≤0．75mm，外径 ：3mm≤D≤3．5mm，工作圈数 ：≥3，旋绕 比：C≥9．据此可 确定约束函数如下 ： (1)强度．按机械零件计算公式，弹簧的剪应力 ：—8KFD2 下 Lr]，故其强度约束函数为： 收稿 日期 ：2004—1O一1O 作者简介 ：张子春 (1960一)，女，辽宁朝阳市人，高级讲师 ，主要从事机械专业教学研究 维普资讯 82