Disseny de la frontissa resistent amb un gran angle de rotació basat en l’optimització d’eixams de partícules

Les frontisses són components essencials en dispositius mecànics, permetent el moviment i la rotació. Tot i que diversos tipus de frontisses s’han utilitzat àmpliament en indústries, com ara frontisses rotatives, frontisses, frontisses esfèriques, cilindres hidràulics i parells de rosca de cargol de bola, encara tenen certes limitacions. Per exemple, sota càrregues pesades, les frontisses tradicionals han de ser gruixudes per tal de complir els requisits de rigidesa. A més, en casos especials en què l’espai és limitat i les càrregues són grans, les frontisses tradicionals poden lluitar per complir la seva funció.

Com a resultat, hi ha hagut un interès creixent per investigar nous dissenys de la frontissa. L’algoritme d’optimització d’eixams de partícules (PSO), un tipus d’algorisme d’intel·ligència d’eixam, ha obtingut un desenvolupament i una aplicació importants en els camps d’enginyeria. Aquest algoritme utilitza el comportament dels grups d’aus que volen aliments per aconseguir solucions òptimes en espais complexos mitjançant la col·laboració i la competència entre els individus. Els algoritmes PSO són ​​altament eficients, fàcils d’implementar i s’utilitzen àmpliament en la pràctica d’enginyeria. El procés bàsic d’un algorisme PSO inclou la inicialització, el vol de partícules i la determinació dels resultats. L’algoritme s’inicia generant aleatòriament una població inicial de partícules, que es mouen dins de la regió factible. Càlcul del valor de fitness de cada partícula, l'algoritme determina la nova direcció i velocitat de moviment de cada partícula. Durant cada ronda de moviment de partícules, la partícula òptima i la partícula òptima històrica tenen una influència més gran en la següent ronda de moviment. Després de múltiples iteracions, l'algoritme obté la solució òptima.

El rendiment de convergència de l'algoritme PSO s'ha millorat mitjançant la introducció de pesos d'inèrcia, tal com van proposar Shi i Eberhart. L’equació de l’evolució de les partícules implica diversos components, incloent inèrcia, cognició i cooperació social. Els paràmetres de l'algoritme, com la velocitat de partícules i el nombre de iteracions, es poden ajustar en funció dels requisits específics. Els algoritmes PSO s’han convertit en un algorisme d’optimització intel·ligent àmpliament utilitzat en aplicacions d’enginyeria i sovint superen els algoritmes genètics. Tot i això, els algoritmes PSO encara s’enfronten a reptes, com la convergència prematura. Per tant, hi ha hagut investigacions importants dedicades a millorar l'algoritme PSO i a abordar les seves limitacions.

En el context del disseny de la frontissa, els requisits del projecte inclouen una capacitat de càrrega de 3 tones i un angle de rotació de ± 90 graus, amb dimensions que no superin els 2000 mm x 500 mm x 1000 mm. Per complir aquests requisits, el mecanisme 2RPR es selecciona com a mecanisme de la frontissa. Aquest mecanisme consisteix en una parella rotativa i una parella en moviment, que ofereix una alta rigidesa, ajust d’errors i capacitats de compensació. A més, el mecanisme és simètric, que permet una instal·lació i manteniment fàcils.

Durant el procés de disseny d’optimització, es compleixen l’angle de rotació i els requisits de mida aplicant restriccions geomètriques. Tot i això, el repte clau consisteix en garantir que el mecanisme tingui excel·lents capacitats de transmissió de força. Això s’aconsegueix normalment establint un angle de transmissió mínim per al mecanisme.

Per analitzar la transmissió de la força, es selecciona la vareta CE com a objecte d’anàlisi. Si suposem una massa de càrrega de m i una distància de D entre el seu centre de massa i la parella de rotació, s’examina la força exercida sobre la vareta. Tenint en compte els angles entre les forces i la vareta CE, així com l’angle entre la vareta i l’eix x, es deriva una equació de saldo de força. Aquesta equació garanteix les capacitats de transmissió de la força del mecanisme.

A partir dels resultats de l’anàlisi, la parella mòbil està dissenyada en conseqüència. Un model de cilindre elèctric, GSX40-1201, està seleccionat preliminarment, tenint en compte les dimensions de traç, empenta i axials. Altres factors, com la mida del component, també es consideren en el disseny final. Els coixinets corredissos de bronze d'alumini s'escullen per a cada parella giratori, tenint en compte la seva capacitat de càrrega elevada i els requisits de precisió. Els components principals estan fets d’acer d’aliatge de 35crmnsia, que ofereix una gran resistència a la tracció i un mòdul elàstic.

Un cop finalitzat el disseny mecànic, s’estableix un model CAD per visualitzar el disseny final. L’algoritme d’optimització d’eixams de partícules ha optimitzat amb èxit el disseny de la frontissa de gran rotació de gran rotació, assegurant que compleix tots els requisits de disseny.

En conclusió, l’algoritme d’optimització d’eixams de partícules s’ha demostrat eficaç per optimitzar el disseny d’una frontissa de gran rotació. Mitjançant una configuració i una anàlisi acurades, es va aconseguir el disseny òptim del mecanisme 2RPR. El disseny mecànic, inclosa la selecció de components i materials, es va completar amb èxit. El model CAD proporciona una representació visual del disseny final. En general, els algoritmes d’optimització d’eixams de partícules ofereixen una valuosa eina per al disseny eficient i eficaç de les frontisses i contribueix a millorar el rendiment i la funcionalitat dels dispositius mecànics en diverses indústries.

Referències:

1. Wei Minhe, Han Xianguo, Zhang Jun. Investigació d’optimització sobre 3-ups/s paral·lel de bola de billar [J]. Tecnologia de fabricació aeroespacial, 2011 (3): 19-23.

2. Chen Lishun, Li Li, Zhang Hongliang. Disseny conjunt de New Super-Redundant RobotJ. Disseny i fabricació mecànica, 2010 (6): 148-150.

3. Yang Shun, Cai Anjiang. Disseny òptim dels paràmetres d’ajust de la tensió de l’accelerador electrònic basats en l’algoritme d’optimització d’eixams RBF i de partícules [J]. Disseny i fabricació mecànica, 2011 (1): 72-74.