Projeto de dobradiça pesada com grande ângulo de rotação com base na otimização do enxame de partículas_hinge Know

As dobradiças são componentes essenciais em dispositivos mecânicos, permitindo movimento e rotação. Embora vários tipos de dobradiças tenham sido amplamente utilizados em indústrias, como dobradiças rotativas, dobradiças de hooke, dobradiças esféricas, cilindros hidráulicos e pares de porcas de parafusos, elas ainda têm certas limitações. Por exemplo, sob cargas pesadas, as dobradiças tradicionais precisam ser espessas para atender aos requisitos de rigidez. Além disso, em casos especiais em que o espaço é limitado e as cargas são grandes, as dobradiças tradicionais podem ter dificuldades para cumprir sua função.

Como resultado, tem havido um interesse crescente em pesquisar novos projetos de dobradiças. O algoritmo de otimização de enxame de partículas (PSO), um tipo de algoritmo de inteligência de enxame, ganhou desenvolvimento e aplicação significativos em campos de engenharia. Esse algoritmo utiliza o comportamento de grupos de aves que voam para alimentos para obter soluções ideais em espaços complexos por meio de colaboração e competição entre indivíduos. Os algoritmos PSO são altamente eficientes, fáceis de implementar e amplamente utilizados na prática de engenharia. O processo básico de um algoritmo PSO inclui inicialização, vôo de partículas e determinação de resultados. O algoritmo começa gerando aleatoriamente uma população inicial de partículas, que se movem dentro da região viável. Ao calcular o valor de aptidão de cada partícula, o algoritmo determina a nova direção e velocidade de movimento de cada partícula. Durante cada rodada de movimento das partículas, a partícula ideal e a partícula ideal histórica têm uma influência maior na próxima rodada de movimento. Após múltiplas iterações, o algoritmo obtém a solução ideal.

O desempenho da convergência do algoritmo PSO foi melhorado pela introdução de pesos de inércia, conforme proposto por Shi e Eberhart. A equação da evolução das partículas envolve vários componentes, incluindo inércia, cognição e cooperação social. Os parâmetros do algoritmo, como a velocidade das partículas e o número de iterações, podem ser ajustados com base em requisitos específicos. Os algoritmos do PSO se tornaram um algoritmo de otimização inteligente amplamente utilizado em aplicações de engenharia e geralmente supera os algoritmos genéticos. No entanto, os algoritmos do PSO ainda enfrentam desafios, como a convergência prematura. Portanto, tem havido pesquisas significativas dedicadas a melhorar o algoritmo PSO e abordar suas limitações.

No contexto do projeto da dobradiça, os requisitos do projeto incluem uma capacidade de carga de 3 toneladas e um ângulo de rotação de ± 90 graus, com dimensões não excedendo 2000 mm x 500 mm x 1000 mm. Para atender a esses requisitos, o mecanismo 2RPR é selecionado como o mecanismo da dobradiça. Esse mecanismo consiste em um par rotativo e um par em movimento, oferecendo alta rigidez, ajuste de erro e recursos de compensação. Além disso, o mecanismo é simétrico, permitindo fácil instalação e manutenção.

Durante o processo de projeto de otimização, os requisitos de ângulo de rotação e tamanho são atendidos aplicando restrições geométricas. No entanto, o principal desafio está em garantir que o mecanismo tenha excelentes recursos de transmissão de força. Isso geralmente é alcançado definindo um ângulo mínimo de transmissão para o mecanismo.

Para analisar a transmissão de força, a haste é selecionada como o objeto de análise. Assumindo uma massa de carga de M e uma distância de D entre o centro de massa e o par de rotação, a força exercida na haste CE é examinada. Ao considerar os ângulos entre as forças e a haste, bem como o ângulo entre a haste e o eixo x, é derivada uma equação de equilíbrio de força. Esta equação garante os recursos de transmissão de força do mecanismo.

Com base nos resultados da análise, o par em movimento foi projetado de acordo. Um modelo de cilindro elétrico, GSX40-1201, é selecionado preliminarmente, levando em consideração as dimensões de acidente vascular cerebral, impulso e axial. Outros fatores, como o tamanho do componente, também são considerados no design final. Os rolamentos deslizantes feitos de bronze de alumínio são escolhidos para cada par rotativo, considerando sua alta capacidade de carga e requisitos de precisão. Os principais componentes são feitos de aço de liga de 35crmnsia, que oferece alta resistência à tração e módulo elástico.

Após a conclusão do design mecânico, um modelo CAD é estabelecido para visualizar o design final. O algoritmo de otimização de enxame de partículas otimizou com sucesso o design da dobradiça pesada de grande ângulo de rotações, garantindo que atenda a todos os requisitos de design.

Em conclusão, o algoritmo de otimização de enxame de partículas se mostrou eficaz na otimização do design de uma dobradiça pesada em grande ângulo de rotação. Através de configuração e análise cuidadosas, foi alcançado o design ideal do mecanismo 2RPR. O design mecânico, incluindo a seleção de componentes e materiais, foi concluído com sucesso. O modelo CAD fornece uma representação visual do design final. No geral, os algoritmos de otimização de enxame de partículas oferecem uma ferramenta valiosa para o design eficiente e eficaz das dobradiças e contribuem para melhorar o desempenho e a funcionalidade dos dispositivos mecânicos em vários setores.

Referências:

1. Wei Minhe, Han Xianguo, Zhang Jun. Pesquisa de otimização sobre dobradiça de bola de bilhar paralelas 3-ups/s [J]. Tecnologia aeroespacial de fabricação, 2011 (3): 19-23.

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