Reka bentuk engsel tugas berat dengan sudut putaran yang besar berdasarkan pengoptimuman swarm zarah_hinge tahu

Hinges adalah komponen penting dalam peranti mekanikal, yang membolehkan pergerakan dan putaran. Walaupun pelbagai jenis engsel telah digunakan secara meluas dalam industri, seperti engsel rotary, Hooke engsel, engsel sfera, silinder hidraulik, dan pasangan kacang skru bola, mereka masih mempunyai batasan tertentu. Sebagai contoh, di bawah beban berat, engsel tradisional perlu tebal untuk memenuhi keperluan ketegaran. Di samping itu, dalam kes -kes khas di mana ruang terhad dan beban besar, engsel tradisional mungkin berjuang untuk memenuhi fungsi mereka.

Akibatnya, terdapat minat yang semakin meningkat dalam meneliti reka bentuk engsel baru. Algoritma Pengoptimuman Swarm (PSO), sejenis algoritma kecerdasan kawanan, telah mendapat pembangunan dan aplikasi yang ketara dalam bidang kejuruteraan. Algoritma ini menggunakan tingkah laku kumpulan burung yang terbang untuk makanan untuk mencapai penyelesaian yang optimum di ruang kompleks melalui kerjasama dan persaingan di kalangan individu. Algoritma PSO sangat cekap, mudah dilaksanakan, dan digunakan secara meluas dalam amalan kejuruteraan. Proses asas algoritma PSO termasuk inisialisasi, penerbangan zarah, dan penentuan hasil. Algoritma bermula secara rawak menghasilkan populasi zarah awal, yang bergerak di dalam rantau yang boleh dilaksanakan. Dengan mengira nilai kecergasan setiap zarah, algoritma menentukan arah pergerakan baru dan kelajuan setiap zarah. Semasa setiap pusingan pergerakan zarah, zarah optimum dan zarah optimum sejarah mempunyai pengaruh yang lebih besar pada gerakan seterusnya. Selepas beberapa lelaran, algoritma memperoleh penyelesaian yang optimum.

Prestasi penumpuan algoritma PSO telah diperbaiki dengan memperkenalkan berat inersia, seperti yang dicadangkan oleh Shi dan Eberhart. Persamaan evolusi zarah melibatkan beberapa komponen, termasuk inersia, kognisi, dan kerjasama sosial. Parameter algoritma, seperti kelajuan zarah dan bilangan lelaran, boleh diselaraskan berdasarkan keperluan khusus. Algoritma PSO telah menjadi algoritma pengoptimuman pintar yang digunakan secara meluas dalam aplikasi kejuruteraan dan sering mengatasi algoritma genetik. Walau bagaimanapun, algoritma PSO masih menghadapi cabaran, seperti penumpuan pramatang. Oleh itu, terdapat penyelidikan yang signifikan untuk meningkatkan algoritma PSO dan menangani batasannya.

Dalam konteks reka bentuk engsel, keperluan projek termasuk kapasiti beban 3 tan dan sudut putaran ± 90 darjah, dengan dimensi tidak melebihi 2000 mm x 500 mm x 1000 mm. Untuk memenuhi keperluan ini, mekanisme 2RPR dipilih sebagai mekanisme engsel. Mekanisme ini terdiri daripada pasangan berputar dan pasangan yang bergerak, menawarkan ketegaran tinggi, pelarasan ralat, dan keupayaan pampasan. Di samping itu, mekanisme ini simetri, membolehkan pemasangan dan penyelenggaraan mudah.

Semasa proses reka bentuk pengoptimuman, sudut putaran dan keperluan saiz dipenuhi dengan menggunakan kekangan geometri. Walau bagaimanapun, cabaran utama terletak pada memastikan mekanisme mempunyai keupayaan penghantaran daya yang sangat baik. Ini biasanya dicapai dengan menetapkan sudut penghantaran minimum untuk mekanisme.

Untuk menganalisis penghantaran daya, rod CE dipilih sebagai objek analisis. Dengan mengandaikan jisim beban m dan jarak d antara pusat jisimnya dan pasangan putaran, daya yang dikenakan ke atas rod CE diperiksa. Dengan mempertimbangkan sudut antara kuasa dan rod CE, serta sudut antara rod dan paksi-x, persamaan baki daya diperolehi. Persamaan ini memastikan keupayaan penghantaran kekuatan mekanisme.

Berdasarkan hasil analisis, pasangan bergerak direka dengan sewajarnya. Model silinder elektrik, GSX40-1201, dipilih secara awal, dengan mengambil kira strok, tujahan, dan dimensi paksi. Faktor lain, seperti saiz komponen, juga dipertimbangkan dalam reka bentuk akhir. Galas gelongsor yang diperbuat daripada gangsa aluminium dipilih untuk setiap pasangan berputar, memandangkan keupayaan beban dan ketepatannya yang tinggi. Komponen utama diperbuat daripada keluli aloi 35crmnsia, yang menawarkan kekuatan tegangan tinggi dan modulus elastik.

Setelah selesai reka bentuk mekanikal, model CAD ditubuhkan untuk memvisualisasikan reka bentuk akhir. Algoritma pengoptimuman swarm zarah telah berjaya mengoptimumkan reka bentuk engsel tugas berat-sudut besar, memastikan ia memenuhi semua keperluan reka bentuk.

Kesimpulannya, algoritma pengoptimuman swarm zarah telah terbukti berkesan dalam mengoptimumkan reka bentuk engsel tugas berat-sudut yang besar. Melalui konfigurasi dan analisis yang teliti, reka bentuk optimum mekanisme 2RPR telah dicapai. Reka bentuk mekanikal, termasuk pemilihan komponen dan bahan, berjaya diselesaikan. Model CAD menyediakan perwakilan visual reka bentuk akhir. Secara keseluruhannya, algoritma pengoptimuman swarm zarah menawarkan alat yang berharga untuk reka bentuk engsel yang cekap dan berkesan dan menyumbang untuk meningkatkan prestasi dan fungsi peranti mekanikal dalam pelbagai industri.

Rujukan:

1. Wei Minhe, Han Xianguo, Zhang Jun. Penyelidikan pengoptimuman pada 3-up/s selari Biliard Ball Hinge [J]. Teknologi Pembuatan Aeroangkasa, 2011 (3): 19-23.

2. Chen Lishun, Li Li, Zhang Hongliang. Reka bentuk bersama Robotj super-redundan baru. Reka Bentuk dan Pembuatan Mekanikal, 2010 (6): 148-150.

3. Yang Shun, Cai Anjiang. Reka bentuk optimum parameter pelarasan voltan pedal pemecut elektronik berdasarkan algoritma pengoptimuman rbf dan zarah [J]. Reka Bentuk dan Pembuatan Mekanikal, 2011 (1): 72-74.