[发明专利]一种变刚度螺旋弹簧的优化设计方法

权利要求书

1.一种变刚度螺旋弹簧的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、根据螺旋弹簧所需的承受载荷和压缩伸张行程，估算螺旋弹簧的丝径初始值、节距初始值、内径初始值和长度初始值；

二、将螺旋弹簧的丝径初始值、节距初始值、内径初始值和长度初始值输入仿真平台，并建立螺旋弹簧的有限元模型；

三、在仿真平台中利用有限元分析方法，对螺旋弹簧有限元模型进行结构应力分析以确定其应力水平及危险点位置；

四、根据螺旋弹簧有限元模型的应力水平及危险点位置，优化螺旋弹簧有限元模型的丝径参数、节距参数、内径参数和长度参数，直至螺旋弹簧有限元模型的应力水平及危险点强满足设计要求；

五、在仿真平台中对螺旋弹簧有限元模型进行施力模拟试验，当螺旋弹簧有限元模型的承受载荷和压缩伸张行程满足设计要求时，确定螺旋弹簧有限元模型的丝径优化值、节距优化值、内径优化值和长度优化值，否则返回步骤四；

所述螺旋弹簧包括等丝径主段(1)和变丝径副段(2)，等丝径主段(1)处于变丝径副段(2)的上侧，变丝径副段(2)的丝径由下至上逐渐增大至等于等丝径主段(1)的丝径；所述丝径初始值包括等丝径主段(1)的丝径初始值和变丝径副段(2)的小端丝径初始值，所述节距初始值包括等丝径主段(1)的节距初始值和变丝径副段(2)的节距初始值，所述内径初始值是指等丝径主段(1)和变丝径副段(2)的内径初始值且两者相同，所述长度初始值包括等丝径主段(1)的长度初始值和变丝径副段(2)的长度初始值；所述丝径优化值包括等丝径主段(1)的丝径优化值和变丝径副段(2)的小端丝径优化值，所述节距优化值包括等丝径主段(1)的节距优化值和变丝径副段(2)的节距优化值，所述内径优化值是指等丝径主段(1)和变丝径副段(2)的内径优化值且两者相同，所述长度优化值包括等丝径主段(1)的长度优化值和变丝径副段(2)的长度优化值。

2.根据权利要求1所述的一种变刚度螺旋弹簧的优化设计方法，其特征在于，还包括以下步骤：

六、根据螺旋弹簧有限元模型的丝径优化值、节距优化值、内径优化值和长度优化值制备弹簧丝，并采用热卷工艺将弹簧丝绕在直径等于内径优化值的芯轴上；待弹簧丝冷却定型后，抽离芯轴以形成螺旋弹簧。

3.根据权利要求2所述的一种变刚度螺旋弹簧的优化设计方法，其特征在于，还包括以下步骤：

七、采用磨平并紧工艺，将螺旋弹簧顶部和底部的圈磨平并紧，以形成上端支撑圈(11)和下端支撑圈(21)。

4.根据权利要求3所述的一种变刚度螺旋弹簧的优化设计方法，其特征在于，还包括以下步骤：

八、对螺旋弹簧进行淬火处理。

5.根据权利要求4所述的一种变刚度螺旋弹簧的优化设计方法，其特征在于，还包括以下步骤：

九、对螺旋弹簧进行高温回火处理。

6.根据权利要求5所述的一种变刚度螺旋弹簧的优化设计方法，其特征在于，还包括以下步骤：

十、对螺旋弹簧的表面进行喷丸处理。

7.根据权利要求6所述的一种变刚度螺旋弹簧的优化设计方法，其特征在于，所述等丝径主段(1)各圈的节距相等，所述变丝径副段(2)的节距由下至上逐渐增大至等于等丝径主段(1)的节距。

8.根据权利要求6所述的一种变刚度螺旋弹簧的优化设计方法，其特征在于，所述变丝径副段(2)在车辆空载时承受的压力大于其被压并时所需的力。

9.根据权利要求6所述的一种变刚度螺旋弹簧的优化设计方法，其特征在于，所述上端支撑圈(11)和下端支撑圈(21)均为完整圈的3/4。

10.根据权利要求6所述的一种变刚度螺旋弹簧的优化设计方法，其特征在于，所述等丝径主段(1)的长度大于变丝径副段(2)的长度。