机械臂可选材料.doc

随着科技的不断进步和计算机技术的快速发展，机械臂技术越来越受到 人们的普遍关注，并在众多领域得到了广泛应用制作机械臂材料选择的 好坏将査接影响机械种的刚度和强度等机械性能因此，机械愕制作的材 料选择原则和方法以及材料的优化配置问题显得尤其重要一选材原则在对制作机械臂的材料选择问题

2.1木材木材是一种非常优秀的材料木材相比金属或其他螭料的质地要 轻，不易弯］|1|,并且割断或切削都很容易当需要制作支柱类零部件时， 使用木质材料要比使用金属材料更便于组装,，相对来说，木材更适合于制 作轻型机械臂由于干燥的木材不导电，因此，不会产生采用金属材料时 所担心的短路现象但要避免使用较软的板条，如松木、冷杉等，这是凶 为和对于重量來说它们的体积太大了木制材料在制作机械愕时，3厘米 以上的木材相对來说比较垂，也比较难加工当需要这种材料时，可以采 用版也中使用的機木胶合板来取代由于胶合板一般都比较薄，肓接使用 往往满足不了零部件的强度要求为此，需要先将它制作成箱体，或者通 过添加金加加固件来提高强度，这样就可以用木材制作出既轻又结实的本 体不管怎么说，用会属制成从一种独特的角度来看，可以考虑使用所谓 的外来木材制作，这些木材可以从木工车床加T供应商的口录中得到它 们包括：柚木、胡桃木、花梨木等在多层结构的机械愕中，它们可以作 为分离各安装层的坚固的支撐架用金属制造的机械臂似乎才给人感觉更 像机械臂的确，机械臂的外观也很重要但是，如果能实现那样的功能， 积极采片制作简单的木材为材料，不失为一种很好的选择。

2.2塑料塑料也是一种制作机械辖的有效材料在材料商店中，出售有很多如聚酯 塑料板之类的颦料材料在废弃的14常牛活川品中，也有很多可以川來充当 机械臂的制作材料凶此，在制作机械臂时，应该首先从身边寻找制作材 料例如，在制作运送乒乓球Z类的机械臂时，可充分利用超市中使用的 发泡塑料包装盒，或将方形的颦料饮料瓶切下一部分，利用这些材料的形 状可以制作岀机械臂中装载物品的部件当需要选川板材时，如果强度要 求不高，可以采用很容易找到的瓦楞犁料板此外，还叮以利丿IJ废弃车船 模型的零部件，通过去掉多于部分，采取与其他零部件组合等方法，或许 还能使这些废弃物焕发出新等方法，或许还能使这些废弃物焕发出新的活 力2.3金属2.31不同金属机械件能的差异机械臂使用的材料多用于结构制作，-•般选用金属材料机械臂应具有足 够的强度因此主要材料选用各种碳钢和铝介金表1是钢和销的典型机 械特性比较表1钢和铝的典型机械特性在使用金属材料制作机械臂时， 若使用专业工具，加工金属材料要比想象的简单材料不同，加工的难易 程度可能会有所不同一般來说，在对厚度在1mm以上的金属进行弯折 或切削时，需耍使用特殊的工具，加工起來比较凶难。

另外，当金屈材料 比较短时，其强度很高随着尺寸增加，金属材料会因自重发生弯曲，因 Inj达不到预想的强度在制作小型机械臂时，可以釆用将金属薄板两边卷 起的方法来增加其强度，应该尽量避免使用比较厚重的金属材料2. 3. 2不同金属截血性能的差界材料截血对构件质量和刚度有重要影响， 因此通过合理选择构件截而可以较好的满足机械臂的使用耍求，如空心圆 截而、空心矩形截面和工字型截而等若空心矩形截而是边长a,壁厚f 的正方形，空心圆截面的外圆直径也为a,壁厚也为t,且另f=0. 2 U, 通过让算可以得出，在相同肇厚的条件下，止方形卒心截面比空・C,L员I 截面的惯性矩高69% — 84%,而质量仅增加27%壁厚越薄，则效果越 明显若空心矩形截面和空・C,I员I截面的型材相同、截面相等，且D=a 时，设空・C,I员I截而壁厚fl=O・2a,可以计算出正方形空心截面比空心 圆截面的刚度提高了 40%〜60%所以在机械臂的制作过程中多采用以下 材料：10X10铝合金方管；20X 20方管；25 X25铝合金方管；15X 15角 铝；18X25角铝；20X 30角铝；18X20槽铝等在不影响机械臂性能的 情况下，应选择截而尺万方寸尽量小的方型铝合金管材来制作车身主体构 件，而且在不影响构件的强度和刚度的前提下，可以在构件垂直方向上打 通孔，以减轻材料的重量。

同时，在对冇些零件要求比较高的疲劳强度和 韧性时，可以选用-•些角钢、钢板、硬铝板以及铝合金型材等，以满足不 I司的需要2. 4复合材料复合材料丰要形式有：泡沫板、玻璃纤维、树脂、复合碳纤 维复介材料重虽很轻，虽然强度不高，但是很适用于制作模型或者用于 代替木材或鴉料等材料，并且该类材料在加工时只需用刀和在尺就可以进 行切割如图2所示为泡沫板做成的外形，图3所示为复合材料图2泡沫板图3复合材料强度较高的复合材料至少冇两个缺点：价格昂贵，而fl•不易买到大多时 复合材料只能够从特定的零代:商和工业产品供应商处才能得到2. 4. 1以板材为典型形式的各种层压材料这些材料都是将木材、纸、塑 料或者金属进行压合以提高刚度和强度，其材料特性依赖于它的纽成成分 的同有特性泡沫板（如泡沫夹芯板）是一种常见的层压复合材料，它是山 两层驶纸中1'口 J夹一层弹性的泡沫塑料制成的层压材料还可能是由木材 和金属、材料和纸，或者任何其他的材料组合而成的2. 4. 2所冇使川玻璃纤维和树脂的材料所冇使川玻璃纤维和树脂的材料, 有时会在树脂中加入金属、纺织品或碳的填充物，以使其貝-有额外的强度2. 4. 3所有使用碳或石墨增加强度的材料这些材料可包含其他成分。

一 个很好的例子是复合碳纤维，它们重量轻、弹性好而且强度非常高3选 材对比表2列出了制作机械臂时经常要用到的原材料及这些原材料的主要 特征实用性”是指获得这些原材料的难易程度，虽然一些原材料非常优 界，但获得它们却比较困难强度等级”某种程度上依赖于实际购买的是 何种材料，它们的变化可能会很大切削”是指精确地切割这种原材料并 且将其边缘平滑化的难易程度稳定性”是衡竝原材料随时间和温度的改 变，及英尺寸变化的程度o “震动”是指原材料所能承受机械臂震动的能力o表2机器人原材料对比图表原材料 实用性成本 強度 切割 稳定性鳶动好优好良差优差差 艸炖优优差差好好 优i良好尤尤良优 次良次良伏伏次极 师优优好加良良姒 好良好良优好好良 优优好好优好好好 毘钢铝喷泡沐板有机玻璃胶合苯乙烯三结语制作机械臂所使用的材料可以是金属、赠料、木材和复合材料，也可以是 采川现有物品、玩具零件和纽合套装制作机械臂在对机械臂本体的制作 过程中，对材料的强度、刚度和硕度的研究和分析是十分必耍的只有在 对材料进行充分了解的基础上，才能将其更好地应用于机械臂没计。