本发明提出圆柱螺旋拉压弹簧的可靠性设计方法，是基于可靠度计算的HL-RF方法，属于机械设计、机械可靠性设计、机械现代设计方法领域。
背景技术：
弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形，在机械设备中被广泛用作弹性元件。控制机构运动或零件的位置；如凸轮机构、离合器、阀门等。缓冲吸振；如车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧。存储能量；如钟表仪器中的弹簧。测量力的大小；如弹簧秤中的弹簧。
机械可靠性设计把常规设计中的一些变量，如载荷、材料的强度、零部件的几何尺寸等，都作为随机变量处理，进行设计所依据的数据来自试验或实践，并经统计分析，考虑了工况变化及各种随机因素的影响。机械设计中的安全系数法进行的设计不能科学地考虑失效的可能性，不能客观地反映产品设计和运行的真实情况，设计出的产品“傻大黑粗”。机械可靠性设计能回答产品在使用中的失效概率，设计出的产品“小巧玲珑”，受到设计人员高度重视。圆柱螺旋拉压弹簧的可靠性设计方法有应力-强度干涉模型法和Monte Carlo法。可靠度计算的HL-RF方法由国外学者提出，国内已用于齿轮可靠性设计。
目前，国内还未出现可靠度计算的HL-RF方法应用于圆柱螺旋拉压弹簧的可靠性设计。
技术实现要素：
本发明提出圆柱螺旋拉压弹簧的可靠性设计方法，是基于可靠度计算的HL-RF方法，设计出的弹簧比用安全系数法要质量轻，节省了原材料，提高了产品质量。
本发明采用的技术方案为：圆柱螺旋拉压弹簧的可靠性设计方法，具体步骤为：
(1)建立可靠度R的优化数学模型，用迭代公式可以求解优化问题，公式中的偏导数采用精确方法或者采用数值方法，具体如下：
(1.1)弹簧的材料性能参数、几何尺寸、受到的载荷被看着正态随机变量，在标准正态坐标系中，首先求出极限状态的n维空间曲面方程，从坐标原点到极限状态曲面的最短距离就是安全指标β值；
(1.2)用优化方法求安全指标β的数学模型为：
设计变量为：
目标函数为：
约束条件为：
下面的迭代公式，可以求解上述优化问题：
为梯度；
可靠度R＝Φ(β)；
(1.3)采用传统的弹簧合成应力的计算公式，得到极限状态方程为：
其中，[τ]为许用应力或强度；K为弹簧的曲度系数；C为旋绕比或弹簧指数；F为轴向力；d为簧丝直径；
采用可靠度计算的HL-RF方法，通过上述迭代公式、可靠度R＝Φ(β)的公式求出弹簧的可靠度。
有益效果：本发明使通过建立求可靠度R的优化数学模型，用迭代公式可以求解优化问题，并采用可靠度计算的HL-RF方法，求得可靠度R值，设计出的弹簧比用安全系数法要质量轻，节省了原材料，提高了产品质量，使产品更具有竞争力。
附图说明
图1是圆柱螺旋拉压弹簧的可靠性设计HL-RF方法的程序框图。
具体实施方式
通过以下内容，进一步详细描述本发明。
圆柱螺旋拉压弹簧的可靠性设计方法，具体步骤为：
(1)依据传统的强度寿命分析方法设计确定圆柱螺旋拉压弹簧的几何尺寸、材料类型、受到的载荷；
(2)建立可靠度R的优化数学模型，用迭代公式可以求解优化问题，公式中的偏导数采用精确方法或者采用数值方法，具体如下：
(2.1)把步骤(1)得到的弹簧的材料性能参数、几何尺寸、受到的载荷被看着正态随机变量，在标准正态坐标系中，首先求出极限状态的n维空间曲面方程：
设极限状态方程含有n个相互独立的正态随机变量X1,X2,…,Xn，则极限状态方程为
Z＝g(X1,X2,…,Xn)＝0；
对正态变量Xi(i＝1,2,…,n)作标准正态变换，令
为均值,为方差。
于是，在标准正态坐标系中，极限状态的n维空间曲面方程为：
从坐标原点到极限状态曲面的最短距离就是安全指标β值；
可靠度R＝Φ(β)；
(2.2)用优化方法求安全指标β的数学模型为：
设计变量为：
目标函数为：
约束条件为：
下面的迭代公式，可以求解上述优化问题：
为梯度；
可靠度R＝Φ(β)；
(2.3)采用传统的弹簧合成应力的计算公式，得到极限状态方程为：
弹簧合成应力的计算公式为：
K为弹簧的曲度系数；C为旋绕比或弹簧指数；F为轴向力；d为簧丝直径；
极限状态方程为：
其中，[τ]为许用应力或强度；采用可靠度计算的HL-RF方法，通过上述迭代公式、可靠度R＝Φ(β)的公式求出弹簧的可靠度。
本发明中的计算方法是编写计算机计算程序实现的，运行计算机计算程序获得可靠度R值；图1是可靠性设计HL-RF方法的程序框图。
本发明设计出的弹簧比用安全系数法要质量轻，节省了原材料，提高了产品质量，使产品更具有竞争力。