Deseño de bisagra pesada con gran ángulo de rotación baseado na optimización do enxame de partículas_hinge saben

As bisagras son compoñentes esenciais nos dispositivos mecánicos, permitindo o movemento e a rotación. Aínda que varios tipos de bisagras foron moi utilizadas en industrias, como bisagras rotativas, bisagras de hooke, bisagras esféricas, cilindros hidráulicos e pares de porcas de tornillo, aínda teñen certas limitacións. Por exemplo, baixo cargas pesadas, as bisagras tradicionais deben ser grosas para cumprir os requisitos de rixidez. Ademais, en casos especiais onde o espazo é limitado e as cargas son grandes, as bisagras tradicionais poden loitar por cumprir a súa función.

Como resultado, houbo un interese crecente en investigar novos deseños de bisagras. O algoritmo de optimización de enxames de partículas (PSO), un tipo de algoritmo de intelixencia de enxames, obtivo un desenvolvemento e aplicación importantes nos campos de enxeñería. Este algoritmo utiliza o comportamento dos grupos de aves que voan para os alimentos para conseguir solucións óptimas en espazos complexos mediante colaboración e competencia entre os individuos. Os algoritmos PSO son altamente eficientes, fáciles de implementar e utilizados extensamente na práctica de enxeñería. O proceso básico dun algoritmo PSO inclúe inicialización, voo de partículas e determinación de resultados. O algoritmo comeza xerando aleatoriamente unha poboación inicial de partículas, que se moven dentro da rexión factible. Ao calcular o valor de fitness de cada partícula, o algoritmo determina a nova dirección de movemento e a velocidade de cada partícula. Durante cada rolda de movemento de partículas, a partícula óptima e a partícula óptima histórica teñen unha maior influencia na seguinte rolda de movemento. Despois de múltiples iteracións, o algoritmo obtén a solución óptima.

O rendemento de converxencia do algoritmo PSO foi mellorado introducindo pesos de inercia, como propuxo Shi e Eberhart. A ecuación de evolución de partículas implica varios compoñentes, incluíndo inercia, cognición e cooperación social. Os parámetros do algoritmo, como a velocidade de partícula e o número de iteracións, pódense axustar en función dos requisitos específicos. Os algoritmos PSO convertéronse nun algoritmo de optimización intelixente moi utilizado en aplicacións de enxeñería e moitas veces superan os algoritmos xenéticos. Non obstante, os algoritmos de PSO aínda enfrontan retos, como a converxencia prematura. Polo tanto, houbo importantes investigacións dedicadas a mellorar o algoritmo PSO e abordar as súas limitacións.

No contexto do deseño da bisagra, os requisitos do proxecto inclúen unha capacidade de carga de 3 toneladas e un ángulo de rotación de ± 90 graos, con dimensións que non superan os 2000 mm x 500 mm x 1000 mm. Para cumprir estes requisitos, o mecanismo 2RPR está seleccionado como mecanismo de bisagra. Este mecanismo consiste nunha parella rotativa e un par en movemento, ofrecendo alta rixidez, axuste de erros e capacidades de compensación. Ademais, o mecanismo é simétrico, permitindo unha instalación e mantemento fáciles.

Durante o proceso de deseño de optimización, cumpren os requisitos de ángulo de rotación e tamaño aplicando restricións xeométricas. Non obstante, o desafío clave reside en garantir que o mecanismo teña excelentes capacidades de transmisión de forza. Isto normalmente conséguese establecendo un ángulo de transmisión mínimo para o mecanismo.

Para analizar a transmisión de forza, a varilla está seleccionada como obxecto de análise. Asumindo unha masa de carga de M e unha distancia de D entre o seu centro de masa e o par de rotación, examínase a forza exercida na varilla CE. Ao considerar os ángulos entre as forzas e a varilla CE, así como o ángulo entre a varilla e o eixe X, deriva unha ecuación de equilibrio de forza. Esta ecuación asegura as capacidades de transmisión da forza do mecanismo.

Con base nos resultados da análise, o par en movemento está deseñado en consecuencia. Un modelo de cilindro eléctrico, GSX40-1201, é seleccionado de xeito preliminar, tendo en conta o ictus, o empuxe e as dimensións axiais. Tamén se consideran no deseño final outros factores, como o tamaño dos compoñentes. Os rodamentos deslizantes feitos de bronce de aluminio elíxense para cada par rotativo, tendo en conta a súa alta capacidade de carga e os requisitos de precisión. Os compoñentes principais están feitos de aceiro de aliaxe de 35crmnsia, que ofrece alta resistencia á tracción e módulo elástico.

Ao finalizar o deseño mecánico, establécese un modelo CAD para visualizar o deseño final. O algoritmo de optimización de enxames de partículas optimizou con éxito o deseño da bisagra de gran rotación-ángulo pesado, asegurando que cumpra todos os requisitos de deseño.

En conclusión, o algoritmo de optimización de enxames de partículas demostrou ser eficaz para optimizar o deseño dunha bisagra pesada de gran rotación. A través dunha coidada configuración e análise, logrouse o deseño óptimo do mecanismo 2RPR. O deseño mecánico, incluída a selección de compoñentes e materiais, completouse con éxito. O modelo CAD ofrece unha representación visual do deseño final. En xeral, os algoritmos de optimización de enxames de partículas ofrecen unha valiosa ferramenta para o deseño eficiente e eficaz de bisagras e contribúen a mellorar o rendemento e a funcionalidade dos dispositivos mecánicos en varias industrias.

Referencias:

1. Wei Minhe, Han Xianguo, Zhang Jun. Investigación de optimización en bisagra de bola de bola de billar de 3-ups/s [J]. Tecnoloxía de fabricación aeroespacial, 2011 (3): 19-23.

2. Chen Lishun, Li Li, Zhang Hongliang. Deseño conxunto de novo robotj super-redundante. Deseño e fabricación mecánica, 2010 (6): 148-150.

3. Yang Shun, Cai Anjiang. Deseño óptimo de parámetros de axuste da tensión do pedal de acelerador electrónico baseado no algoritmo de optimización de enxames RBF e partículas [J]. Deseño e fabricación mecánica, 2011 (1): 72-74.