تصميم المفصلات الشاقة مع زاوية دوران كبيرة بناء على تحسين سرب الجسيمات

المفصلات هي مكونات أساسية في الأجهزة الميكانيكية ، مما يسمح بالحركة والدوران. في حين تم استخدام أنواع مختلفة من المفصلات على نطاق واسع في الصناعات ، مثل المفصلات الدوارة ، والمفصلات Hoke ، والمفصلات الكروية ، والأسطوانات الهيدروليكية ، وأزواج Nut Ball Screw ، لا يزال لديهم قيود معينة. على سبيل المثال ، في ظل الأحمال الثقيلة ، يجب أن تكون المفصلات التقليدية سميكة من أجل تلبية متطلبات الصلابة. بالإضافة إلى ذلك ، في الحالات الخاصة التي تكون فيها المساحة محدودة والأحمال كبيرة ، قد تكافح المفصلات التقليدية من أجل الوفاء بوظائفها.

نتيجة لذلك ، كان هناك اهتمام متزايد بالبحث في تصميمات مفصلة جديدة. اكتسبت خوارزمية تحسين سرب الجسيمات (PSO) ، وهي نوع من خوارزمية ذكاء سرب ، تطوراً وتطبيقًا كبيرًا في المجالات الهندسية. تستخدم هذه الخوارزمية سلوك مجموعات الطيور التي تحلق للحصول على الطعام لتحقيق الحلول المثلى في المساحات المعقدة من خلال التعاون والمنافسة بين الأفراد. خوارزميات PSO عالية الكفاءة ، وسهلة التنفيذ ، وتستخدم على نطاق واسع في الممارسة الهندسية. تتضمن العملية الأساسية لخوارزمية PSO التهيئة ورحلة الجسيمات وتحديد النتائج. تبدأ الخوارزمية بتوليد عدد أولي من الجسيمات ، والتي تتحرك داخل المنطقة الممكنة. عن طريق حساب قيمة اللياقة لكل جسيم ، تحدد الخوارزمية اتجاه الحركة الجديد وسرعة كل جسيم. خلال كل جولة من حركة الجسيمات ، يكون للجسيم الأمثل والجسيم الأمثل للتاريخ تأثير أكبر على الجولة التالية من الحركة. بعد تكرارات متعددة ، تحصل الخوارزمية على الحل الأمثل.

تم تحسين أداء التقارب لخوارزمية PSO من خلال إدخال أوزان الجمود ، كما اقترح Shi و Eberhart. تتضمن معادلة تطور الجسيمات عدة مكونات ، بما في ذلك القصور الذاتي والإدراك والتعاون الاجتماعي. يمكن تعديل معلمات الخوارزمية ، مثل سرعة الجسيمات وعدد التكرارات ، بناءً على متطلبات محددة. أصبحت خوارزميات PSO خوارزمية تحسين ذكية تستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الهندسية وغالبًا ما تتفوق على الخوارزميات الوراثية. ومع ذلك ، لا تزال خوارزميات PSO تواجه تحديات ، مثل التقارب المبكرة. لذلك ، كان هناك بحث كبير مخصص لتحسين خوارزمية PSO ومعالجة حدودها.

في سياق تصميم المفصلات ، تتضمن متطلبات المشروع سعة تحميل تبلغ 3 أطنان وزاوية دوران تبلغ ± 90 درجة ، مع أبعاد لا تتجاوز 2000 مم × 500 مم × 1000 مم. لتلبية هذه المتطلبات ، يتم اختيار آلية 2RPR كآلية مفصلة. تتكون هذه الآلية من زوج دوار وزوج متحرك ، ويوفر صلابة عالية ، وتعديل الخطأ ، وقدرات التعويض. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الآلية متماثلة ، مما يتيح السهولة في التثبيت والصيانة.

أثناء عملية تصميم التحسين ، يتم استيفاء زاوية الدوران وحجم متطلبات الحجم من خلال تطبيق القيود الهندسية. ومع ذلك ، فإن التحدي الرئيسي يكمن في ضمان أن الآلية لديها قدرات نقل قوة ممتازة. يتم تحقيق ذلك عادةً عن طريق تعيين زاوية نقل الحد الأدنى للآلية.

لتحليل انتقال القوة ، يتم اختيار قضيب CE ككائن التحليل. على افتراض كتلة تحميل من M ومسافة D بين مركز الكتلة وزوج الدوران ، يتم فحص القوة التي تمارس على قضيب CE. من خلال النظر في الزوايا بين القوى والقضيب CE ، وكذلك الزاوية بين القضيب والمحور X ، يتم اشتقاق معادلة توازن القوة. هذه المعادلة تضمن قدرات انتقال قوة الآلية.

بناءً على نتائج التحليل ، تم تصميم الزوج المتحرك وفقًا لذلك. يتم اختيار نموذج الأسطوانة الكهربائية ، GSX40-1201 ، بشكل مسبق ، مع الأخذ في الاعتبار السكتة الدماغية والدفع والأبعاد المحورية. عوامل أخرى ، مثل حجم المكون ، تعتبر أيضًا في التصميم النهائي. يتم اختيار محامل الانزلاق المصنوعة من البرونز المصنوع من الألومنيوم لكل زوج دوار ، مع الأخذ في الاعتبار قدرته عالية الحمل ومتطلبات الدقة. المكونات الرئيسية مصنوعة من الصلب سبيكة 35Crmnsia ، والتي توفر قوة شد عالية ومعامل مرنة.

عند الانتهاء من التصميم الميكانيكي ، يتم إنشاء نموذج CAD لتصور التصميم النهائي. نجحت خوارزمية تحسين سرب الجسيمات في تحسين تصميم المفصلات الثقيلة ذات الدورة الكبيرة ، مما يضمن تلبية جميع متطلبات التصميم.

في الختام ، أثبتت خوارزمية تحسين سرب الجسيمات فعاليتها في تحسين تصميم مفصلات ثقيلة ذات زاوية كبيرة. من خلال التكوين والتحليل الدقيق ، تم تحقيق التصميم الأمثل لآلية 2RPR. تم الانتهاء من التصميم الميكانيكي ، بما في ذلك اختيار المكونات والمواد ، بنجاح. يوفر نموذج CAD تمثيلًا مرئيًا للتصميم النهائي. بشكل عام ، توفر خوارزميات تحسين سرب الجسيمات أداة قيمة للتصميم الفعال والفعال للمفصلات والمساهمة في تحسين أداء الأجهزة الميكانيكية ووظائفها في مختلف الصناعات.

مراجع:

1. وي مينهي ، هان شيانغو ، تشانغ جون. أبحاث التحسين على 3-Ups/s Billiard Ballaird Beliard [J]. تكنولوجيا تصنيع الفضاء ، 2011 (3): 19-23.

2. تشن ليشون ، لي لي ، تشانغ هونغليانغ. تصميم مشترك من روبوت J جديد عظمى الفائق. التصميم الميكانيكي والتصنيع ، 2010 (6): 148-150.

3. يانغ شون ، كاي أنجيانغ. التصميم الأمثل لمعلمات تعديل جهد دواسة المسرع الإلكتروني على أساس RBF وخوارزمية تحسين سرب الجسيمات [J]. التصميم الميكانيكي والتصنيع ، 2011 (1): 72-74.