文档介绍：西北轻工
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弹簧的优化设计
陈耿张高堂
机械系商洛师专
摘要
本文以弹簧为例, 探讨了对小型机械的优化设计, 并提出了约束随机方向探索
关键词约束步长
中图法分类号
概述
本文以弹簧为例, 对小型机械的优化设计进行尝试。弹簧之类的小型零件广泛应用于各
种机械和机构中的例子是枚不胜举的, 其中在许多情况下对该零件的功用提出了特殊要求,
为此设计一个简单的优化程序来满足这一特殊要求是很有必要的。
优化设计程序的特点
本程序采用结构化的程序设计, 子程序为提供的现有模仿程序。
使用者只需要编制简单的目标函数和约束函数。
、
使用者使用时可用标准输出式自编的优化方程法选取。
优化数学模型探讨和程序框图
弹簧的优化数学模型是一个多不等式约束的维问题, 解决此类问题的方法是采用约
束随机方向探索法。它结构简单、使用方便, 收敛速度较快。其方法是在约束可行域内选取
一个初始点铸, 在不破坏约束下, 以合适步长“。沿‘点周围几个不同方向进行探索并
计算各方向上等距点的函数值, 找出其中最小值点护闭, 以适当步长向前跨步得到新点
并‘, , , 若‘, , 了“, , 其中
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则将起点移至井‘, ’, 重复前面过程, 否则应缩短步长。, 直至取得好的约束点。如此循环下
去, 当迭代的步长已经很小时, 则说明已逼近约束最优点, 达到计算精度时则可以结束迭代
计算。其约束随机方向探索法的程序框图见图。
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增刊陈耿等弹簧的优化设计
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西北轻工业学院学报第卷
程序设计的依据
设计弹簧时除选择材料及规定热处理要求外, 主要是根据最大工作载荷、最大形变及结
构要求来设计。即确定钢丝直径, , 中径, 工作圈数,‘, 节距‘或螺旋升角和高度等。
通常取、和为最优化设计的计算变量, 即
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目标函数根据弹簧的工作特点和对弹簧的要求来建立。
对于因工作特点极易导致疲劳损坏的弹簧, 选取疲劳安全系数作为最优化设计目
标
对于受到高速变载的其一阶自振频率为最大目标。
对于要求减小轮廓尺寸的弹簧则应以外径或高度作为优化设计目标。
对于一般弹簧则以重量的减轻作为最优目标。
约束条件可根据对弹簧功能的要求和结构限制列出
对弹簧的刚度要求
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弹簧的钢丝直径的限制是一个离散量。
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