Conception d'une charnière lourde avec un grand angle de rotation basé sur l'optimisation de l'essaim de particules_hinghe Know

Les charnières sont des composants essentiels dans les dispositifs mécaniques, permettant le mouvement et la rotation. Bien que divers types de charnières aient été largement utilisés dans les industries, telles que les charnières rotatives, les charnières de hooke, les charnières sphériques, les cylindres hydrauliques et les paires de écrous à vis, ils ont toujours certaines limites. Par exemple, sous des charges lourdes, les charnières traditionnelles doivent être épaisses afin de répondre aux exigences de rigidité. De plus, dans des cas spéciaux où l'espace est limité et les charges sont grandes, les charnières traditionnelles peuvent avoir du mal à remplir leur fonction.

En conséquence, il y a eu un intérêt croissant à rechercher de nouveaux modèles de charnières. L'algorithme d'optimisation des essaims de particules (PSO), un type d'algorithme d'intelligence Swarm, a acquis un développement et une application significatifs dans les champs d'ingénierie. Cet algorithme utilise le comportement des groupes d'oiseaux qui volent pour la nourriture pour obtenir des solutions optimales dans des espaces complexes grâce à la collaboration et à la concurrence entre les individus. Les algorithmes PSO sont très efficaces, faciles à mettre en œuvre et largement utilisés dans la pratique de l'ingénierie. Le processus de base d'un algorithme PSO comprend l'initialisation, le vol de particules et la détermination des résultats. L'algorithme commence par générer de manière aléatoire une population initiale de particules, qui se déplacent dans la région possible. En calculant la valeur de fitness de chaque particule, l'algorithme détermine la nouvelle direction de mouvement et la vitesse de chaque particule. Au cours de chaque cycle de mouvement des particules, la particule optimale et la particule optimale historique ont une plus grande influence sur le prochain cycle de mouvement. Après plusieurs itérations, l'algorithme obtient la solution optimale.

Les performances de convergence de l'algorithme PSO ont été améliorées en introduisant des poids d'inertie, comme proposé par Shi et Eberhart. L'équation de l'évolution des particules implique plusieurs composantes, notamment l'inertie, la cognition et la coopération sociale. Les paramètres de l'algorithme, tels que la vitesse des particules et le nombre d'itérations, peuvent être ajustés en fonction des exigences spécifiques. Les algorithmes PSO sont devenus un algorithme d'optimisation intelligent largement utilisé dans les applications d'ingénierie et surpassent souvent les algorithmes génétiques. Cependant, les algorithmes PSO sont toujours confrontés à des défis, tels que la convergence prématurée. Par conséquent, des recherches importantes ont été consacrées à l'amélioration de l'algorithme PSO et à la lutte contre ses limites.

Dans le contexte de la conception de la charnière, les exigences du projet comprennent une capacité de charge de 3 tonnes et un angle de rotation de ± 90 degrés, avec des dimensions ne dépassant pas 2000 mm x 500 mm x 1000 mm. Pour répondre à ces exigences, le mécanisme 2RPR est sélectionné comme mécanisme de charnière. Ce mécanisme se compose d'une paire rotative et d'une paire en mouvement, offrant une rigidité élevée, un ajustement d'erreur et des capacités de compensation. De plus, le mécanisme est symétrique, permettant une installation et une maintenance faciles.

Pendant le processus de conception d'optimisation, l'angle de rotation et les exigences de taille sont satisfaits en appliquant des contraintes géométriques. Cependant, le principal défi consiste à garantir que le mécanisme a d'excellentes capacités de transmission de force. Ceci est généralement réalisé en définissant un angle de transmission minimum pour le mécanisme.

Pour analyser la transmission de la force, la tige CE est sélectionnée comme objet d'analyse. En supposant une masse de charge de m et une distance de D entre son centre de masse et la paire de rotation, la force exercée sur la tige CE est examinée. En considérant les angles entre les forces et la tige CE, ainsi que l'angle entre la tige et l'axe x, une équation d'équilibre de la force est dérivée. Cette équation assure les capacités de transmission de la force du mécanisme.

Sur la base des résultats de l'analyse, la paire en mouvement est conçue en conséquence. Un modèle de cylindre électrique, GSX40-1201, est sélectionné préliminaire, prenant en compte la course, la poussée et les dimensions axiales. D'autres facteurs, tels que la taille des composants, sont également pris en compte dans la conception finale. Les roulements coulissants en bronze en aluminium sont choisis pour chaque paire rotative, compte tenu de leur capacité de charge élevée et de leurs exigences de précision. Les principaux composants sont en acier en alliage 35crmnsia, qui offre une résistance à la traction élevée et un module élastique.

À la fin de la conception mécanique, un modèle CAO est établi pour visualiser la conception finale. L'algorithme d'optimisation des essaims de particules a réussi à optimiser la conception de la charnière lourde à l'angle à grande rotation, garantissant qu'il répond à toutes les exigences de conception.

En conclusion, l'algorithme d'optimisation de l'essaim de particules s'est révélé efficace pour optimiser la conception d'une charnière lourde à l'angle à grande rotation. Grâce à une configuration et une analyse minutieuses, la conception optimale du mécanisme 2RPR a été réalisée. La conception mécanique, y compris la sélection de composants et de matériaux, a été achevée avec succès. Le modèle CAO fournit une représentation visuelle de la conception finale. Dans l'ensemble, les algorithmes d'optimisation des essaims de particules offrent un outil précieux pour la conception efficace et efficace des charnières et contribuent à l'amélioration des performances et des fonctionnalités des dispositifs mécaniques dans diverses industries.

Références:

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