第310章 空间机械臂的研究（1 / 2）

开研讨会的时候，就有研究院问道，，“院长，由一般的力学性质可以得知，减少质量可以降低惯量、提高操作速度、增加刚度可以降低扰度；增加材料的阻尼可以减少稳态时间，但是我要如何做达到这些要求呢？”

“这就是我们这次要研究的方向，你们只管提出自己的想法，然后一起来验证。”

唐欣自然是有解决办法，但她不想就这样直接说出来，她还是想培养年轻人的学习积极性，开阔他们的思维。

这些特性的改进有利于提高控制精度，合理地利用碳纤维复合材料的材料特性与几何尺寸的设计，可以制造出满足使用需求的机械臂装置。

只不过，大家的思维还是被固有的框架圈住了，要想完成这个实验，那些想法都要不得。

唐欣道，“我们先解决机械臂材料的轻量化。”

“好的，院长。”以小徐为首的青年研究员接到任务，都跃跃欲试。

他们都是空间机械臂研究实验室的研究员，这些年除了改进研发机械臂的功能外，在材料上着实还在原地踏步，使用的还是院长当时提供的碳纤维复合材料技术。

现在终于轮到院长带着他们研究空间机械臂，大家都很高兴。

大家都是有经验的研究员，了解轻量化要从哪里开始。

轻量化设计必须从全面、整体的角度出发，将材料的轻量化和机器人结构的轻量化结合起来。

在设计阶段就要将材料的轻量化思想融入到结构设计中，

通过运用有限元分析技术得出各设计参数对各部位性能和重量的影响规律，推断出可行的轻量化较优方案。

关于材料方面的选择，能选择的不多。

铝合金的比重是2.7g\/cm3，

碳纤维比铝合金要轻，

它的比重仅有1.5-2.0g\/cm3，

利用碳纤维材料制成的机械臂也是目前所有不同材质的机械臂中最轻的。

只是局部单一的减重很难体现出碳纤维应用的较高效率。

只有综合考虑多方面因素所产生的共同效应，将机器人所有结构作为一个整体系统，

考虑到各部件之间的拓扑关系、截面尺寸、位置、材料强度与厚度对机器人本身各项性能的综合性作用，才能将碳纤维材料的优势性能充分发挥出来。

但是唐欣觉得现有的碳纤维材质性能还不够，还想研制更轻更有力的复合材料。

大家一起讨论着设计出他们需要的设计图。

除了轻量化，碳纤维机械臂的设计还需要考虑到机械性能。

唐欣选了t300作为增强材料，

该碳纤维原丝拉伸强度为2746mpa，

拉伸模量为3920mpa，

伸长率仅为0.7%，

比重为1.81g\/cm3。

基体则选用648酚醛环氧树脂，这个材料是一位年轻的研究员提出来的，他正好研究过这个材料。

唐欣根据机器人性能要求，确定了碳纤维复合材料的铺层方向、铺层顺序和铺层总层数。

过多的铺层角度取向会给设计工作及制件成型增加难度，

因此在不影响设计要求的情况下尽可能减少铺层方向数。

在铺层设计时，铺层角度一般多选0°、+45°、-45°、90°这四种。

具体铺层时一般复合材料制件的铺层均采取对称均衡铺设，其特点是在整体的铺层中，上下铺层关于中间面对称。

但是唐欣设计的却是另一种非对称均衡铺层，而且还将这类非均衡铺层布置于靠近整体铺层中间的位置，

这种方式能有效避免复合材料制件经历拉-弯耦合、拉-剪耦合之后发生翘曲形变。

铺层顺序的改变可以减少按照相同的方式铺放的相邻两层分层开裂的可能性，

唐欣提醒大家在实验中，“大家记住了，连续的相同铺层不超过四层，对性能要求更高的复合材料制造不超过两层，