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    碳纖維機械手臂的較其他材料的優點

       日期:2021-03-24     來源:復材網    瀏覽:265    評論:0    
    核心提示:  一年一度的國際工業博覽會順利閉幕,此次盛會共設八個展區,其中工業機器人展匯集了國內外新前沿的機器人技術,成為整個博覽
       一年一度的國際工業博覽會順利閉幕,此次盛會共設八個展區,其中“工業機器人展”匯集了國內外新前沿的機器人技術,成為整個博覽會人氣旺、市場轉化率高的展區。從目前的情況上看,隨著人工費上漲及人手不足問題越來越嚴重,各生產行業對機器人的需求也將日益增多,工業機器人將成為工廠自動化越來越重要的一部分。
    機械手臂是機器人技術領域實際應用廣泛的自動化機械裝置,盡管它們的形態各有不同,但它們都有一個共同的特點,即通過接受指令,精確地定位到三維(或二維)空間上的某一點進行作業。機械手臂一般有伸縮、旋轉和升降這三種運動,其中旋轉、升降運動是由橫臂和產柱去完成的,手臂的基本作用則是將手爪移動到所需位置以及承受抓取工件的大重量和手臂自身的重量等。此外,管路、冷卻裝置、行程定位裝置和自動檢測裝置等,一般也都裝在手臂上。因此,手臂的結構、工作范圍、承載能力和動作精度都會直接影響整個機械的工作性能。
    合金鋼、經過熱處理的鋼、鋁合金等輕型合金都是制作機械手臂的原材料,但是從此次工業博覽會的展出情況看,以碳纖維復合材料為原材料的機械手臂將成為未來幾年機械臂生產的一大趨勢。如:有一款機械手臂長930mm,寬150mm,壁厚5mm,總重量卻只有3千克。據悉,雖然碳纖維機械臂在成型工藝上存在一定難度,不過,從比重、強度、蠕變性及成本價格等多方面因素綜合比較,碳纖維機械臂取代傳統金屬材質機械臂的風頭正健。
           
    作為一個運動性部件,機械手臂一般要完成各類已定或將定的運動,材質的選擇決定了機械手臂的動態性能和靜態性能。首先,輕型材料是制作機械臂的良好選擇。因為機械手臂的自重不僅影響它的運動便捷性,還直接影響到驅使運動的能源消耗量。機械手臂是運動的,需要有良好的受控性,因此不能過笨重,重量越輕轉動慣量越小。從這個角度上說,鋼類材料重,比鋁合金要重60%以上,高強度鋼達到7.8g/cm3,鋁也有2.7g/cm3,碳纖維比重小,只有1.75g/cm3,因而碳纖維制成的機械臂是目前所有材質中輕的,能使機械臂操作更加靈便準確。
    其次,機械手臂在承受載荷時,不能有斷裂和應變,也就是說用來制作機械手臂的材料要有足夠的強度,必須選擇“高強度的材料”。從絕對性能看,鋁比不上鋼,就算是很好的鋁,從模量、強度和韌性上看,絕對性能仍舊比不上鋼,鋁合金的重量介于碳纖維和碳鋼之間,強度次于碳纖維,高于碳鋼,但韌性較低,缺乏彈性。碳纖維的特點不僅是質輕,強度更高。目前碳纖維復合材料強度約為1400MPa,而鋼呢?一般的鋼不過是600MPa,在比強度上碳纖維要比鋼高出許多。
    再者,機械臂的工作環境對材質也提出了相應的要求,比如一定的溫差中,金屬會出現相應的蠕變情況,這種蠕變看似微乎其微,但是對機械臂操作精準的影響還是比較明顯的。碳纖維不同于一般的鋼和鋁合金,在零下幾十度到200℃之間都能保持小的蠕變性,因此可以適用于不同的工作環境中。
    另外,從經濟的角度方面來取舍的話,看似碳纖維原材料比鋁合金要貴很多,但是在具體應用中,從原材料到成型,這其中的加工成本所占的成本比例更大。根據近期市場的反映,同樣型號的鋁合金機械臂與碳纖維機械臂的成本價格所差無幾,因此,在性價比綜合因素上看,碳纖維材質的機械臂將有非常廣闊的應用前景。
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