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基于MATLAB的弹簧优化设计

设计与制造

· 机械研究与应用 ·

基于MATLAB的弹簧优化设计

周异

(南通职业大学机械工程学院，江苏南通 226007)

摘要：针对传统方法设计弹簧，时间长，工作量大，而且设计结果不一定是最优的的情况。建立圆柱螺旋弹簧优化设

计的数学模型，将弹簧的基本结构参数作为设计变量，轻量化作为目标函数，强度、刚度、空间尺寸等要求作为

设计约束条件，运用MATLAB编制弹簧优化设计程序，方便快速计算出了符合设计要求且重量最轻的弹簧。

关键词：优化设计；MATLAB；弹簧；设计变量；约束条件；目标函数

中图分类号：TH123 文献标识码-n 文章编号：1007—4414(2011)05-0073-02

Optimum designofspringbasedonMATLAB

Zhou Sheng

(Schoolofmechanicalengineering，Nantongvocationalcollege，NantongJiangsu 226007，China)

Abstract：Ithaslongtimetodesignspringsbytraditionalmethodsandtheworkloadisbigandperhapstheresultdesignisnot

theoptimum design．Themathematicsmodelofoptimum desing isestablishedforthecylindricalcoilspring，usingspringS

basicstructureparameterasdesignvaribales，lighteningdesing astheobjectivefunction，usingthedemandsofintensity，ri-

s~dityandspacesizeas constraintcondition，andatthesametimeprogrammespringSoptimizationdesing program byadopting

MATLAB，thenthemostlightnessspringcanbecalculatedwhichmeetsthedesing requirementeasilyandrapidly．

Keywords：optimumdesing；MATLAB；spring；desing variables；aconstraintcondition；objectivefunction

1 引言此式中的设计变量因为要符合国标要求，所以均

圆柱螺旋压缩弹簧是机械和电子行业中广泛使是离散型变量。在优化设计过程中先把它视为连续

用的一种弹性元件。传统的弹簧设计步骤为：①根据量，在求得连续量的优化结果后再进行圆整或标准

工作条件、要求等，选择合适的弹簧材料、结构形式；化。

②根据弹簧的应力、变形公式计算弹簧的主要参数如 2．2 目标函数

弹簧丝直径 d、圈数n、弹簧圈外径D；③求出弹簧的目标函数主要反映设计的经济成本。此处为弹

其它几何尺寸。弹簧的各种尺寸应符合 GB2089—80 簧的重量最轻即体积最小。弹簧丝的体积为：

国标要求。在设计开始时，由于弹簧的许用应力[丁] )：÷订dDn／c。s=寺 lX2X3／c。s

和螺旋比C都和 d有关，所以要用试算法假定弹簧

2．3 约束条件

丝直径d，如果所得结果与设计条件不符合，以上过

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