平面渦卷彈簧性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、平面渦卷彈簧作為儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)元件廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械裝置中，其輸出扭矩、沖擊等性能對(duì)裝置性能、可靠性和安全性具有重要影響。本文基于Box-Behnken試驗(yàn)測(cè)試方案，利用方差分析和響應(yīng)面法研究平面渦卷彈簧設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)其輸出性能的影響規(guī)律，建立其輸出性能回歸模型;以分離裝置使用的平面渦卷彈簧為例，基于試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，建立平面渦卷彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)模型;通過分離裝置性能測(cè)試試驗(yàn)，驗(yàn)證了平面渦卷彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的有效性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴建立

2、平面渦卷彈簧性能測(cè)試系統(tǒng)，基于Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，利用方差分析、誤差分析和響應(yīng)面法，分析平面渦卷彈簧設(shè)計(jì)參數(shù)（厚度、寬度和長(zhǎng)度）對(duì)卷簧扭矩、釋放沖擊和釋放時(shí)間等性能的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:平面渦卷彈簧厚度、寬度和長(zhǎng)度均對(duì)扭矩、釋放沖擊和釋放時(shí)間具有顯著影響;厚度是影響三個(gè)性能參數(shù)的最顯著因素，長(zhǎng)度與厚度和寬度的交叉項(xiàng)對(duì)三個(gè)性能參數(shù)影響不顯著;建立了平面渦卷彈簧扭矩、釋放沖擊和釋放時(shí)間與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的回歸模型，并通過誤差

3、分析、多元相關(guān)系數(shù)、可信度等分析，驗(yàn)證了模型的有效性和可信性，為平面渦卷彈簧性能優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論支持。⑵以分離裝置中平面渦卷彈簧設(shè)計(jì)為應(yīng)用背景，基于平面渦卷彈簧試驗(yàn)測(cè)試分析結(jié)果，以平面渦卷彈簧厚度、寬度和長(zhǎng)度為優(yōu)化變量，最小釋放沖擊和最小釋放時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)，考慮輸出轉(zhuǎn)矩、連接強(qiáng)度、鎖緊力、復(fù)位載荷等性能約束，建立平面渦卷彈簧多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，采用多目標(biāo)進(jìn)化算法求解獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)案例分析表明，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案相比，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案釋放

4、沖擊和釋放時(shí)間分別降低24.7％和4.8％。⑶將平面渦卷彈簧優(yōu)化方案應(yīng)用于分離裝置，進(jìn)行承載力、釋放沖擊、釋放時(shí)間和高低溫環(huán)境試驗(yàn)測(cè)試分析。優(yōu)化設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析表明:不加載時(shí)平面渦卷彈簧釋放沖擊測(cè)試值與理論值誤差為2.8％，加載到5000N時(shí)優(yōu)化方案釋放沖擊最大值和最小值分別下降49.5％和5.3％;不加載時(shí)平面渦卷彈簧釋放時(shí)間測(cè)試值與理論值誤差為2.8％，加載時(shí)優(yōu)化方案釋放時(shí)間最大值和最小值分別下降4.4％和2.8％