תכנון של ציר כבד עם זווית סיבוב גדולה המבוסס על אופטימיזציה של נחיל החלקיקים.

צירים הם רכיבים חיוניים במכשירים מכניים, המאפשרים תנועה וסיבוב. בעוד שסוגים שונים של צירים נמצאו בשימוש נרחב בתעשיות, כמו צירים סיבוביים, צירי הוק, צירים כדוריים, צילינדרים הידראוליים וזוגי אגוזי בורג כדור, עדיין יש להם מגבלות מסוימות. לדוגמה, תחת עומסים כבדים, צירים מסורתיים צריכים להיות עבים כדי לעמוד בדרישות הנוקשות. בנוסף, במקרים מיוחדים שבהם המרחב מוגבל ועומסים גדולים, צירים מסורתיים עשויים להיאבק בכדי למלא את תפקידם.

כתוצאה מכך, התעניינות הולכת וגוברת לחקור עיצובים חדשים של ציר. אלגוריתם אופטימיזציה של נחיל החלקיקים (PSO), סוג של אלגוריתם אינטליגנציה נחיל, צבר פיתוח ויישום משמעותי בתחומי הנדסה. אלגוריתם זה משתמש בהתנהגותן של קבוצות ציפורים שטסו למזון כדי להשיג פתרונות מיטביים במרחבים מורכבים באמצעות שיתוף פעולה ותחרות בין יחידים. אלגוריתמי PSO יעילים מאוד, קלים ליישום ומשמשים בהרחבה בתרגול הנדסי. התהליך הבסיסי של אלגוריתם PSO כולל אתחול, טיסת חלקיקים וקביעת תוצאות. האלגוריתם מתחיל בכך שהוא מייצר באופן אקראי אוכלוסייה ראשונית של חלקיקים, הנעים באזור האפשרי. על ידי חישוב ערך הכושר של כל חלקיק, האלגוריתם קובע את כיוון התנועה והמהירות החדשים של כל חלקיק. במהלך כל סיבוב של תנועת החלקיקים, לחלקיק האופטימלי והחלקיק האופטימלי ההיסטורי משפיעים יותר על סבב התנועה הבא. לאחר איטרציות מרובות, האלגוריתם משיג את הפיתרון האופטימלי.

ביצועי ההתכנסות של אלגוריתם PSO שופרו על ידי הצגת משקולות אינרציה, כפי שהוצע על ידי שי ואברהרט. משוואת התפתחות החלקיקים כוללת מספר רכיבים, כולל אינרציה, קוגניציה ושיתוף פעולה חברתי. ניתן להתאים את פרמטרי האלגוריתם, כמו מהירות החלקיקים ומספר האיטרציות, על סמך דרישות ספציפיות. אלגוריתמי PSO הפכו לאלגוריתם אופטימיזציה אינטליגנטי בשימוש נרחב ביישומים הנדסיים ולעתים קרובות עולים על אלגוריתמים גנטיים. עם זאת, אלגוריתמי PSO עדיין עומדים בפני אתגרים, כמו התכנסות מוקדמת. לפיכך, נערכו מחקר משמעותי המוקדש לשיפור אלגוריתם ה- PSO ולהתייחס למגבלותיו.

בהקשר של תכנון ציר, דרישות הפרויקט כוללות קיבולת עומס של 3 טון וזווית סיבוב של ± 90 מעלות, עם מידות שאינן עולות על 2000 מ"מ x 500 מ"מ x 1000 מ"מ. כדי לעמוד בדרישות אלה, מנגנון ה- 2RPR נבחר כמנגנון הציר. מנגנון זה מורכב מזוג מסתובב וזוג נע, ומציע יכולות קשיחות גבוהה, התאמת שגיאות ופיצויים. בנוסף, המנגנון סימטרי, ומאפשר התקנה ותחזוקה קלה.

בתהליך תכנון האופטימיזציה, דרישות זווית הסיבוב ודרישות הגודל מתקיימות על ידי יישום אילוצים גיאומטריים. עם זאת, אתגר המפתח טמון בהבטחת המנגנון יכולות העברת כוח מצוינות. בדרך כלל זה מושג על ידי קביעת זווית שידור מינימלית למנגנון.

כדי לנתח את העברת הכוח, המוט CE נבחר כאובייקט הניתוח. בהנחה שמסת עומס של M ומרחק של D בין מרכז המסה שלו לזוג הסיבוב, נבדק הכוח המופעל על המוט CE. בהתחשב בזוויות בין הכוחות למוט CE, כמו גם הזווית בין המוט לציר ה- X, נגזר משוואת איזון כוח. משוואה זו מבטיחה את יכולות העברת הכוח של המנגנון.

בהתבסס על תוצאות הניתוח, הזוג הנע מתוכנן בהתאם. דגם צילינדר חשמלי, GSX40-1201, נבחר מראש, תוך התחשבות בממדי שבץ, דחף ומידות ציריות. גורמים אחרים, כמו גודל רכיב, נחשבים גם הם בעיצוב הסופי. מיסבי הזזה העשויים מברונזה אלומיניום נבחרים עבור כל זוג מסתובב, בהתחשב ביכולת הנושאת העומס הגבוהה שלהם ודרישות הדיוק שלהם. הרכיבים העיקריים עשויים פלדה סגסוגת 35Crmnsia, המציעה חוזק מתיחה גבוה ומודולוס אלסטי.

עם השלמת העיצוב המכני, נקבע מודל CAD כדי לדמיין את העיצוב הסופי. אלגוריתם אופטימיזציה של נחיל החלקיקים ביצע אופטימיזציה בהצלחה של התכנון של הציר הגדול של הזווית הגדולה, והבטיח שהוא עומד בכל דרישות העיצוב.

לסיכום, אלגוריתם אופטימיזציה של נחיל החלקיקים הוכיח כיעיל באופטימיזציה של תכנון של ציר כבד-כבד גדול. באמצעות תצורה וניתוח מדוקדקים הושגה התכנון האופטימלי של מנגנון 2RPR. העיצוב המכני, כולל בחירת רכיבים וחומרים, הושלם בהצלחה. מודל ה- CAD מספק ייצוג חזותי של העיצוב הסופי. בסך הכל, אלגוריתמי אופטימיזציה של נחיל החלקיקים מציעים כלי חשוב לתכנון יעיל ויעיל של צירים ותורמים לשיפור הביצועים והפונקציונליות של מכשירים מכניים בענפים שונים.

הפניות:

1. Wei Minhe, Han Xianguo, Zhang Jun. מחקר אופטימיזציה על ציר כדור ביליארד מקביל של 3-Ups/s [J]. טכנולוגיית ייצור חלל, 2011 (3): 19-23.

2. חן לישון, לי לי, ג'אנג הונגליאנג. עיצוב משותף של RobotJ חדש-מיותר. תכנון וייצור מכני, 2010 (6): 148-150.

3. יאנג שון, קאי אנג'יאנג. תכנון אופטימלי של פרמטרים של התאמת מתח דוושת אלקטרונית מאיצים אלקטרוניים על בסיס אלגוריתם אופטימיזציה של נחיל החלקיקים [J]. תכנון וייצור מכני, 2011 (1): 72-74.