Thiết kế bản lề hạng nặng với góc xoay lớn dựa trên tối ưu hóa bầy hạt_ Breathe biết

Bản lề là các thành phần thiết yếu trong các thiết bị cơ học, cho phép di chuyển và xoay. Mặc dù các loại bản lề khác nhau đã được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, chẳng hạn như bản lề xoay, bản lề móng tay, bản lề hình cầu, xi lanh thủy lực và cặp đai ốc vít bóng, chúng vẫn có những hạn chế nhất định. Ví dụ, dưới tải trọng nặng, bản lề truyền thống cần phải dày để đáp ứng các yêu cầu về độ cứng. Ngoài ra, trong những trường hợp đặc biệt trong đó không gian bị hạn chế và tải trọng lớn, bản lề truyền thống có thể đấu tranh để thực hiện chức năng của chúng.

Kết quả là, đã có sự quan tâm ngày càng tăng trong việc nghiên cứu các thiết kế bản lề mới. Thuật toán tối ưu hóa bầy hạt (PSO), một loại thuật toán thông minh bầy, đã đạt được sự phát triển và ứng dụng đáng kể trong các lĩnh vực kỹ thuật. Thuật toán này sử dụng hành vi của các nhóm chim bay cho thực phẩm để đạt được các giải pháp tối ưu trong không gian phức tạp thông qua sự hợp tác và cạnh tranh giữa các cá nhân. Các thuật toán PSO có hiệu quả cao, dễ thực hiện và được sử dụng rộng rãi trong thực tiễn kỹ thuật. Quá trình cơ bản của thuật toán PSO bao gồm khởi tạo, bay hạt và xác định kết quả. Thuật toán bắt đầu bằng cách tạo ngẫu nhiên một quần thể các hạt ban đầu, di chuyển trong khu vực khả thi. Bằng cách tính toán giá trị thể lực của từng hạt, thuật toán xác định hướng chuyển động mới và tốc độ của từng hạt. Trong mỗi vòng chuyển động của hạt, hạt tối ưu và hạt tối ưu lịch sử có ảnh hưởng lớn hơn đến vòng chuyển động tiếp theo. Sau nhiều lần lặp lại, thuật toán có được giải pháp tối ưu.

Hiệu suất hội tụ của thuật toán PSO đã được cải thiện bằng cách giới thiệu các trọng lượng quán tính, theo đề xuất của Shi và Eberhart. Phương trình tiến hóa hạt bao gồm một số thành phần, bao gồm quán tính, nhận thức và hợp tác xã hội. Các tham số thuật toán, chẳng hạn như tốc độ hạt và số lần lặp, có thể được điều chỉnh dựa trên các yêu cầu cụ thể. Các thuật toán PSO đã trở thành một thuật toán tối ưu hóa thông minh được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng kỹ thuật và thường vượt trội hơn các thuật toán di truyền. Tuy nhiên, các thuật toán PSO vẫn phải đối mặt với những thách thức, chẳng hạn như sự hội tụ sớm. Do đó, đã có nghiên cứu quan trọng dành riêng để cải thiện thuật toán PSO và giải quyết những hạn chế của nó.

Trong bối cảnh thiết kế bản lề, các yêu cầu của dự án bao gồm công suất tải 3 tấn và góc xoay ± 90 độ, với kích thước không vượt quá 2000 mm x 500 mm x 1000 mm. Để đáp ứng các yêu cầu này, cơ chế 2RPR được chọn làm cơ chế bản lề. Cơ chế này bao gồm một cặp xoay và một cặp di chuyển, cung cấp độ cứng cao, điều chỉnh lỗi và khả năng bù. Ngoài ra, cơ chế là đối xứng, cho phép cài đặt và bảo trì dễ dàng.

Trong quá trình thiết kế tối ưu hóa, các yêu cầu góc và kích thước góc quay được đáp ứng bằng cách áp dụng các ràng buộc hình học. Tuy nhiên, thách thức chính nằm ở việc đảm bảo cơ chế có khả năng truyền lực tuyệt vời. Điều này thường đạt được bằng cách đặt một góc truyền tối thiểu cho cơ chế.

Để phân tích truyền lực, thanh CE được chọn làm đối tượng phân tích. Giả sử khối lượng tải của M và khoảng cách D giữa tâm khối lượng và cặp xoay, lực tác dụng lên CE thanh được kiểm tra. Bằng cách xem xét các góc giữa các lực và CE que, cũng như góc giữa thanh và trục X, một phương trình cân bằng lực có nguồn gốc. Phương trình này đảm bảo khả năng truyền lực của cơ chế.

Dựa trên kết quả phân tích, cặp di chuyển được thiết kế phù hợp. Một mô hình xi lanh điện, GSX40-1201, được chọn sơ bộ, có tính đến đột quỵ, lực đẩy và kích thước trục. Các yếu tố khác, chẳng hạn như kích thước thành phần, cũng được xem xét trong thiết kế cuối cùng. Vòng bi trượt làm bằng đồng nhôm được chọn cho mỗi cặp xoay, xem xét khả năng chịu tải cao và yêu cầu chính xác của chúng. Các thành phần chính được làm bằng thép hợp kim 35crmnsia, cung cấp độ bền kéo cao và mô đun đàn hồi.

Sau khi hoàn thành thiết kế cơ học, một mô hình CAD được thiết lập để trực quan hóa thiết kế cuối cùng. Thuật toán tối ưu hóa bầy hạt đã tối ưu hóa thành công việc thiết kế bản lề hạng nặng góc quay lớn, đảm bảo nó đáp ứng tất cả các yêu cầu thiết kế.

Tóm lại, thuật toán tối ưu hóa bầy hạt đã được chứng minh là hiệu quả trong việc tối ưu hóa thiết kế bản lề hạng nặng góc quay lớn. Thông qua cấu hình và phân tích cẩn thận, thiết kế tối ưu của cơ chế 2RPR đã đạt được. Thiết kế cơ học, bao gồm cả việc lựa chọn các thành phần và vật liệu, đã được hoàn thành thành công. Mô hình CAD cung cấp một đại diện trực quan của thiết kế cuối cùng. Nhìn chung, các thuật toán tối ưu hóa bầy hạt cung cấp một công cụ có giá trị để thiết kế bản lề hiệu quả và hiệu quả và góp phần cải thiện hiệu suất và chức năng của các thiết bị cơ học trong các ngành công nghiệp khác nhau.

Tài liệu tham khảo:

1. Wei Minhe, Han Xianguo, Zhang Jun. Nghiên cứu tối ưu hóa về bản lề bóng bi-a song song/s song song [J]. Công nghệ sản xuất hàng không vũ trụ, 2011 (3): 19-23.

2. Chen Lishun, Li Li, Zhang Hongliang. Thiết kế chung của robotj siêu dư thừa mới. Thiết kế và sản xuất cơ khí, 2010 (6): 148-150.

3. Yang Shun, Cai Anjiang. Thiết kế tối ưu của các thông số điều chỉnh điện áp bàn đạp gia tốc điện tử dựa trên thuật toán tối ưu hóa bầy đàn và hạt [J]. Thiết kế và sản xuất cơ khí, 2011 (1): 72-74.