石谨瑞　何勇

摘要：基于有限元软件及优化设计技术，对某型车辆悬挂弹簧进行了强度校核和优化设计，使弹簧在满足强度要求的前提下，减小了弹簧质量，降低了制作成本。

关键词：悬挂弹簧;优化设计;弹簧刚度;序列二次规划

0 引言

作为轨道车辆悬挂系统的重要组成部分，圆柱螺旋弹簧对轨道车辆的运行性能起着至关重要的作用[1]。近年来，随着轨道车辆更新升级，圆柱弹簧得到了广泛应用，对其综合性能的要求也在不断提高[2]。随着CAD/CAE技术、优化设计技术等逐渐成熟，现代计算机技术在轨道车辆零部件设计中得到了大量应用，减少了零部件的设计成本[3]。

1 弹簧有限元分析

某轨道车辆悬挂弹簧参数如表1所示。

1.1    有限元模型的建立

通过SolidWorks软件建立几何模型，并导入ANSYS有限元软件赋予材料参数，并进行单元离散。

1.2    弹簧刚度校核

在弹簧下端面施加固定约束，上端面施加1 mm的强迫位移进行反向力计算，得到弹簧的仿真刚度。弹簧刚度校核结果如表2所示。

由于理论计算公式中未考虑支撑圈的影响，由表2可以看出，弹簧仿真刚度与设计刚度之间存在误差，分别为6.2%和3.4%，其误差在工程应用允许的误差之内，表明该弹簧的有限元模型正确。

1.3    弹簧静强度校核

通过计算，弹簧最大静挠度为100 mm，故采用弹簧最大挠度作为最大位移计算弹簧最大剪切应力并进行强度校核。

外弹簧强度分析如图1所示。

从图1可知，外簧剪切应力的最大值位于弹簧内侧，与弹簧实际破坏情况一致。……