铁路货车螺旋弹簧的正交设计.pdf

机械设计与制造
第11期
188
Machinery Design Manufacture
2015年11月
铁路货车螺旋弹簧的正交设计
薛海,王红,商跃进
兰州交通大学机电工程学院,甘肃兰州730070)
摘要;针对传统铁路货车螺旋弹簧设计存在的不足,采用正交设计法进行了弹簧参数的确定。为实现弹簧性能和成本的最
佳匹配,首先进行了刚度望目特性和疲劳强度望小特性的分析,建立了相关数学模型以此确定了弹簧的设计参数和误差因
袁。选用合适的正交表进行基于刚度和疲劳强度的内外表设计,根据信噪比分析确定各方案的优劣,从而最终确定最优设计
方案;通过对信噪比的方差分析,得到各参数对刚度和疲劳强度的贡献率,以此确定出影响结果变化的显著参数。将该方法应
用于某货车转向架弹簧的参数设计,并与采用试凑法得到的结果进行了对比,从而验证了该方法的可行性。
关键词:螺旋弹簧;刚度;疲劳强度;正交设计;信噪比
中图分类号:1TH16;U270.12文献标识码:A文章编号:1001-3997(2015)1-0188-04
Orthogonal Design of Railway Wagons Coil Spring
XUE Hai, WANG Hong, SHANG Yue-jin
(School of Mechatronic Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Gansu Lanchou 730070, China)
Abstract: Orthogonal design method is adopted to design the parameters of the spring relative to the defect of traditional
railway wagons coil spring design To achieve best match of performance and cost, model is first established based on
stiffess object better characteristic and fatigue strength s small -better chracteristic so as to determine the esig
parameters and emor factors Second y, the appropriate orthogonal table is chosen on the basis of stifness and fatigue
re h, nd best ro am s deem n c r e d of sig e si the lce deg of
various parameters on the spring stiffness and fatigue strength is determined by aace analysis of signal noise ratio to
identify the main parameter. The method is applied to the parameters design of some wagon bogie s spring, the feasibility is
verified compared by the trial method.
Key Words: Coil Spring; Stiffness; Fatigue Strength Orthogonal Design; Signal Noise Ratio
引言
全部可能的组合中挑选出代表性强的试验点进行设计,其理论基
随着我国铁路货车向重载方向的发展,出现的问题是空、重甜是概率论和数理统计,教目前应用的可释性,优化稳健设计等
车簧上重量相差悬殊。螺旋弹簧作为铁路货车转向架的重要组成方法,算法简单,可操作性强。为此,采用正交设计法,基于弹簧刚
零部件之一,其结构形式、制造材料和服役条件随之也发生了变度和疲劳强度进行了参数选配的相关研究
化,若按传统的试读法进行弹簧设计,需要反复调整各种参数,2弹簧设计参数的确定
费时费力,并且不能保证所设计的弹簧性能和成本实现最佳匹2.1基于刚度的参数确定
配。为此,国内外学者开展了大量弹簧设计方法的研究,文献
刚度作为弹簧的主要特性之一,过大会影响行车的平稳性,
用模糊理论和可靠性理论相结合的方法,考虑弹簧的静强度、疲过小又会增加其它弹簧所受的载荷,为此,确保所设计的刚度尽
劳强度、稳定性等因素对铁道车辆变刚度弹簧组进行了参数的优可能接近目标值非常重要,应对刚度κ进行望目特性的设计,表
化设计;张瑞军等{在灰色理论的基础上,考虑了弹簧参数的随达式可写为:
机性,对目标和约束条件进行灵敏度分析,借助 Matlab软件实现
了圆柱螺旋压缩弹簧的多目标可靠性稳健设计;文献将弹簧的
8ND
质量和频率作为优化目标,对弹簧进行了动态优化设计。文献采式中:C材料剪切弹性模量;d簧条直径;n一有效数;D中
用 ANSYS软件的APDL功能进行了弹簧参数的优化。正交设计
径
作为一种高效的多因素多水平的选优法,采用规格化的正交表从
从式(1)可知,形响刚度的因素有4个,其中剪切弹性模量
来稿日期:2015-04-02
基金项目:国家自然科学基金项目(71361019);兰州交通大学青年科学基金项目(2014020)
作者简介:薛海,(1983-),男,甘肃人,硕土研究生,讲师,主要研究方向:车辆安部件的现代设计方法