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为什么近来碳纤维机械臂成为应用主流

来源:江苏优培德复合材料有限公司 发布时间:2023-11-20 11:18:25 浏览人次:241

为什么近来碳纤维机械臂成为应用主流?在选用时该注意哪些问题?

1、机械臂选择采用碳纤维复合材料的原因:

  •  重量:传统的机械臂大多采用金属材质,例如铝合金、钢,另外机械臂还会加载一些自动检测装置、管路、 冷却装置等,这就导致机械臂成为一种典型的悬臂梁结构, 因此其自重是机械臂运动过程中的重要因素。我们可以选择碳纤维来实现机械臂的轻量化,来实现在满足静、动态性能的同时,还能减小机械臂重量。
  • 尺寸稳定性:碳纤维的尺寸稳定性优异,可以显著降低碳纤维机械臂的变形率。热膨胀系数小,尺寸稳定碳纤维热膨胀系数为负,根据权威机构提供的实验数据,同是100cm长度的铝合金机械臂零件与碳纤维机械臂零件,在室温12°C中放置相同时间,最终铝合金机械臂零件变化0.13mm,而碳纤维则无变化,因此能保证精密制作的设备要求。
  •  韧性及抗腐蚀等化学优势:铝合金的韧性比较低缺乏弹性,碳纤维由于具备纺织纤维的柔软可加工性,所以韧性要远远高于铝合金,并且碳纤维材质也更不容易发生断裂。碳纤维机械臂在长时间作业中不会产生锈蚀和表面磨损,所日需要的常维护也比较少。

2、选用碳纤维材料时如何降低综合成本,达到经济利益最大化?

工业机器人在实际使用的过程中,不同结构、不同位置、不同工种对机械臂的要求并不相同。碳纤维材料虽然优势突出,因其成本高所以没必要用于机器人的每个部位,经济的做法是在设计中与其他种类的材料综合使用,以达到经济最大化。如机器人关节处承受高运转工作负荷,且磨损大、应力大,使用碳纤维复合材料可以实现轻量化,可以减少因自重产生的磨损,并且可以因自重轻而定位更精准更快,而在承重要求不高的位置刚可采用蜂窝或者是中空结构,既经济同时也可实现轻量化和强度需求。

3、采用碳纤维材料设计机械臂需注意的地方?

碳纤维复合材料拉伸强度很出色,而纵向上却较容易撕裂,所以设计时要通过相应的应力计算分析(如FEA分析)才能确保充分达到更好的可靠性和安全性。设计完成后,那最终能实现的程度就得看其制作工艺了,不同的成型工艺会有不同性能的碳纤维制品,所以工艺设计过程中的铺层设计也很重要。

4、高性能碳行维机械臂应用场景:

机器人这一智能化机器装置,在特殊或恶劣环境方面,比如医疗手术、采摘水果、巷道掘进、搬运、侦查、排雷、空间机器人、潜海机器人可以很好的辅助人类实现一些高难度高危的工作。


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