平面涡卷弹簧作为储能驱动元件广泛应用于各种机械装置中,其输出扭矩、冲击等性能对装置性能、可靠性和安全性具有重要影响。本文基于Box-Behnken试验测试方案,利用方差分析和响应面法研究平面涡卷弹簧设计参数对其输出性能的影响规律,建立其输出性能回归模型;以分离装置使用的平面涡卷弹簧为例,基于试验测试结果,建立平面涡卷弹簧优化设计模型;通过分离装置性能测试试验,验证了平面涡卷弹簧优化设计模型的有效性。本文主要研究内容包括:(1)建立平面涡卷弹簧性能测试系统,基于Box-Behnken试验设计方案,利用方差分析、误差分析和响应面法,分析平面涡卷弹簧设计参数(厚度、宽度和长度)对卷簧扭矩、释放冲击和释放时间等性能的影响规律。试验结果表明:平面涡卷弹簧厚度、宽度和长度均对扭矩、释放冲击和释放时间具有显著影响;厚度是影响三个性能参数的最显著因素,长度与厚度和宽度的交叉项对三个性能参数影响不显著;建立了平面涡卷弹簧扭矩、释放冲击和释放时间与设计参数之间的回归模型,并通过误差分析、多元相关系数、可信度等分析,验证了模型的有效性和可信性,为平面涡卷弹簧性能优化设计提供理论支持。(2)以分离装置中平面涡卷弹簧设计为应用背景,基于平面涡卷弹簧试验测试分析结果,以平面涡卷弹簧厚度、宽度和长度为优化变量,最小释放冲击和最小释放时间为优化目标,考虑输出转矩、连接强度、锁紧力、复位载荷等性能约束,建立平面涡卷弹簧多目标优化设计模型,采用多目标进化算法求解获得最优设计方案。