Design des Hochleistungsscharners mit großem Rotationswinkel basierend auf Partikelschwarmoptimierung.

Scharniere sind wesentliche Komponenten in mechanischen Geräten, die Bewegung und Rotation ermöglichen. Während verschiedene Arten von Scharnieren in Branchen weit verbreitet sind, wie z. Zum Beispiel müssen bei schweren Lasten herkömmliche Scharniere dick sein, um die Anforderungen an die Steifigkeit zu erfüllen. Darüber hinaus können in besonderen Fällen, in denen der Raum begrenzt ist und die Lasten groß sind, traditionelle Scharniere Schwierigkeiten, ihre Funktion zu erfüllen.

Infolgedessen hat das Interesse an der Erforschung neuer Scharnierdesigns gewachsen. Der PSO -Algorithmus (Partikelschwarmoptimierung), eine Art von Schwarm -Intelligenzalgorithmus, hat in technischen Bereichen eine signifikante Entwicklung und Anwendung gewonnen. Dieser Algorithmus nutzt das Verhalten von Vogelgruppen, die nach Lebensmitteln fliegen, um optimale Lösungen in komplexen Räumen durch Zusammenarbeit und Konkurrenz zwischen Einzelpersonen zu erreichen. PSO -Algorithmen sind hocheffizient, einfach zu implementieren und in der technischen Praxis ausführlich eingesetzt. Der Grundprozess eines PSO -Algorithmus umfasst Initialisierung, Partikelflug und Ergebnisbestimmung. Der Algorithmus beginnt damit, eine anfängliche Population von Partikeln zufällig zu erzeugen, die sich innerhalb des realisierbaren Bereichs bewegen. Durch die Berechnung des Fitnesswerts jedes Partikels bestimmt der Algorithmus die neue Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit jedes Partikels. Während jeder Partikelbewegung haben das optimale Partikel und das historische optimale Teilchen einen größeren Einfluss auf die nächste Bewegungsrunde. Nach mehreren Iterationen erhält der Algorithmus die optimale Lösung.

Die Konvergenzleistung des PSO -Algorithmus wurde durch die Einführung von Trägheitsgewichten verbessert, wie von Shi und Eberhart vorgeschlagen. Die Partikelentwicklungsgleichung umfasst mehrere Komponenten, einschließlich Trägheit, Erkenntnis und sozialer Zusammenarbeit. Die Algorithmusparameter wie die Partikelgeschwindigkeit und die Anzahl der Iterationen können basierend auf spezifischen Anforderungen angepasst werden. PSO -Algorithmen sind zu einem weit verbreiteten intelligenten Optimierungsalgorithmus in technischen Anwendungen geworden und übertreffen häufig genetische Algorithmen. PSO -Algorithmen stehen jedoch immer noch Herausforderungen, wie z. B. vorzeitige Konvergenz. Daher wurden signifikante Untersuchungen zur Verbesserung des PSO -Algorithmus und der Bekämpfung seiner Grenzen gewidmet.

Im Kontext des Scharnierdesigns umfassen die Projektanforderungen eine Belastungskapazität von 3 Tonnen und einen Rotationswinkel von ± 90 Grad, wobei die Abmessungen nicht 2000 mm x 500 mm x 1000 mm überschreiten. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wird der 2RPR -Mechanismus als Scharniermechanismus ausgewählt. Dieser Mechanismus besteht aus einem rotierenden Paar und einem sich bewegenden Paar, das hohe Starrheit, Fehleranpassung und Kompensationsfähigkeiten bietet. Darüber hinaus ist der Mechanismus symmetrisch und ermöglicht eine einfache Installation und Wartung.

Während des Optimierungsdesignprozesses werden der Drehwinkel und die Größenanforderungen durch Anwenden geometrischer Einschränkungen erfüllt. Die wichtigste Herausforderung besteht jedoch darin, sicherzustellen, dass der Mechanismus hervorragende Kraftübertragungsfähigkeiten aufweist. Dies wird typischerweise erreicht, indem ein Mindestübertragungswinkel für den Mechanismus festgelegt wird.

Um die Kraftübertragung zu analysieren, wird der Stab CE als Analyseobjekt ausgewählt. Unter der Annahme einer Lastmasse von m und einem Abstand von D zwischen dem Massenzentrum und dem Rotationspaar wird die auf dem Stab CE ausgeübte Kraft untersucht. Durch die Betrachtung der Winkel zwischen den Kräften und dem Stab CE sowie des Winkels zwischen Stange und x-Achse wird eine Kraftbilanzgleichung abgeleitet. Diese Gleichung sorgt für die Kraftübertragungsfähigkeiten des Mechanismus.

Basierend auf den Analyseergebnissen ist das sich bewegende Paar entsprechend entwickelt. Ein elektrisches Zylindermodell, GSX40-1201, wird unter Berücksichtigung von Schlaganfall-, Schub- und axialen Abmessungen vorläufig ausgewählt. Andere Faktoren wie die Größe der Komponenten werden ebenfalls im endgültigen Design berücksichtigt. Für jedes rotierende Paar werden aus Aluminiumbronze ausgewählt, die aus Aluminiumbronze bestehen, unter Berücksichtigung ihrer hohen Anforderungen an die tragende Kapazität und Präzision. Die Hauptkomponenten bestehen aus 35crmnsia legierten Stahl, der eine hohe Zugfestigkeit und einen elastischen Modul bietet.

Nach Abschluss des mechanischen Designs wird ein CAD -Modell eingerichtet, um das endgültige Design zu visualisieren. Der Partikelschwarmoptimierungsalgorithmus hat das Gestaltung des Hochleistungsscharniers mit großem Rotationswinkel erfolgreich optimiert, um sicherzustellen, dass er alle Designanforderungen entspricht.

Zusammenfassend hat sich der Partikelschwarmoptimierungsalgorithmus als wirksam erwiesen, um das Design eines Hochleistungsscharniers mit großem Schnittwinkel zu optimieren. Durch sorgfältige Konfiguration und Analyse wurde das optimale Design des 2RPR -Mechanismus erreicht. Das mechanische Design, einschließlich der Auswahl von Komponenten und Materialien, wurde erfolgreich abgeschlossen. Das CAD -Modell bietet eine visuelle Darstellung des endgültigen Designs. Insgesamt bieten Partikelschwarmoptimierungsalgorithmen ein wertvolles Werkzeug für die effiziente und effektive Gestaltung von Scharnieren und tragen zur Verbesserung der Leistung und Funktionalität mechanischer Geräte in verschiedenen Branchen bei.

Referenzen:

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