高空升降车机械臂疲劳断裂机理???   东莞高空升降车出租, 东莞高空升降车租赁, 东莞高空升降车多少钱   机械臂裂纹成因, 机械臂裂纹从形成位置可以区分为内部裂纹和表面裂纹。形成机械臂裂纹的因素有很多，当温度变化时，有晶型转变的材料的体积发生变化，从而在机械臂表面生成裂纹，以下为形成机械臂裂纹的主要因素：(1)位错形成裂纹构成机械臂的主要材料为二氧化硅，通常二氧化硅晶体的微观结构中会存在缺陷，称为“位错”。当机械臂受到外加应力作用时，该外加应力集中在二氧化硅晶体存在的缺陷处，但多种因素阻碍着位错在材料中的运动，当位错运动受到阻碍时，就会在阻碍前塞积起来，从而导致机械臂微裂纹形成。其中，阻碍位错运动的主要因素包括：由于组成二氧化硅晶体的各晶粒取向不同，位错运动会受到晶界的障碍，从而在晶界产生位错塞积；二氧化硅材料中的杂质原子引起应力集中而形成位错运动的障碍；当位错组合、位错线与位错本身，或位错线与其他缺陷相互交叉时，位错运动将受到阻碍。示出了位错形成微裂纹的主要情形。根据位错形成机理，穿过二氧化硅晶体任一晶粒的微裂纹的最大尺寸为该晶粒的尺寸。

      (2)机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹根据裂纹在机械臂的位置，机械臂裂纹可以区分为内部裂纹和表面裂纹。机械臂裂纹的扩展常常由表面裂纹开始，表面裂纹进一步扩展形成内部裂纹。对具有不同的表面情况的直径为6.4mm的玻璃棒进行强度测试发现，新制备的石英玻璃材料具有较好的机械强度，但经沙子严重冲刷，其机械强度骤9降为原来的三分之一，经氢氟酸HF腐蚀去表面缺陷后机械强度略有改善。图2.1位错形成微裂纹可以理解，任何微小的碰触都可能对机械臂表面造成机械损伤，例如，用手轻触机械臂表面就会导致机械臂机械强度骤降约一个数量级；大气腐蚀、化学腐蚀或其他腐蚀性环境造成表面裂纹的情况更加严重。

    (3)热应力形成裂纹, 热应力是由机械臂制造或使用过程中内部和表面的温度差引起。如前所述，组成机械臂纤芯的二氧化硅晶体中各晶粒的取向及热膨胀系数均不相同。那么，当机械臂受到热应力作用时，晶粒因在各种方向膨胀/收缩程度不同，该热应力集中在晶界或相界，从而导致裂纹生成。

     裂纹生长机械臂纤芯和包层两者共同构成机械臂的核心部分。当机械臂受到短期应力或长期应力作用时，加之环境温度的影响，机械臂表面裂纹发生开始逐渐扩展生长。可以理解，大气环境中通常或多或少的含有水或水蒸气。根据机械臂毛细现象，环境中的水或水蒸气会通过机械臂表面裂纹与二氧化硅发生反应，尤其环境中的水或水蒸气呈碱性时，进一步加剧了裂纹的扩展，从而导致机械臂断裂。对此的解释：机械臂上裂纹所在位置的离子键已经被损坏，这样，机械臂表面的H2O、-OH、极性气体或液体等活性物质会进入到机械臂裂纹深处，从而降低机械臂材料的自由表面能。所谓“自由表面能”是指裂纹的扩展阻力。随着活性物质的吸附，机械臂裂纹的扩展阻力逐渐减小。当机械臂裂纹的扩展阻力减小至低于裂纹的扩展动力时，机械臂即使在低应力水平下也会发生扩展。因为新扩展生成的裂纹表面尚未被介质腐蚀，其裂纹扩展阻力暂时大于裂纹扩展动力，从而裂纹暂停扩展。但很快，在表面活性物质的腐蚀作用下，机械臂裂纹开始扩展，如此循环，最终宏观上表现为机械臂裂纹的缓慢生长。机械臂应力强度因子K随着机械臂裂纹缓慢生长而不断增大。当机械臂应力强度因子K增大至临界应力强度因子KIC时，则机械臂裂纹扩展速度加快。如图2.3所示，机械臂初始应力强度因子K有大有小，但每一试样机械臂在其应力强度因子增大至KIC时发生断裂。根据机械臂裂纹扩展速率V随应力强度因子K变化趋势，分为三个区域，即I区(低速区)、II区(中速区)和III区(高速区)。在I区，机械臂裂纹扩展速率V随应力强度因子K的增加而增加，此时，环境与应力强度因子K共同促使裂纹发生扩展，例如，环境湿度及环境中水蒸气等活性物质的存在等均可促使I区向左偏移或向右偏移。在II区曲线较为平坦，机械臂裂纹扩展速率V不再随应力强度因子K变化而变化，即机械臂裂纹的扩展不再依赖于应力强度因子K，而是取决于环境。此时，活性物质在裂纹尖端急剧扩散，也就是说活性物质向裂纹尖端的扩散速度达到极限。在相同应力强度因子作用下，增加环境中水蒸气的浓度可使II区上移。

      随裂纹增长的变化在III区，机械臂裂纹扩展速率V随应力强度因子K的增加急剧增加，即裂纹扩展速率V强烈依赖于应力强度因子K，而不受环境影响。此时，裂纹扩展速率V超过活性物质向裂纹尖端的扩散速度，应力强度因子达到临界应力强度因子KIC。事实上，机械臂的使用寿命很大程度上取决于I区。在I区，裂纹扩展速率V随应力强度因子K变化的关系可以表示为，V0为裂纹初始扩展速率；△H为活性物质在裂纹尖端的反应激活能；b为常数；K为应力强度因子；R为气体常数；T为温度。可以很好的反映活性物质在裂纹尖端扩散后与二氧化硅的化学反应，但并不是适用于机械臂寿命预期，取而代之，通常采用进行机械臂寿命预测。在低温（例如液氮中）、零湿度、高真空度的理想环境条件下，裂纹生长只在临界应力强度时发生，然后会断裂。应力强度因子临界值KIC，当所施加的应力增大到它的机械臂惰性强度S达到KIC（通常机械臂的惰性强度高达15GPa），随时间变化的应力强度因子变为：12ICKSa  S为机械臂惰性强度。此时，机械臂发生断裂，由于需要特定的环境，S很难测量，实验室获得值也并非唯一。由于机械臂通常处在非惰性环境（自然环境或腐蚀环境），如高温、潮湿、水或者化学物，当施加应力在机械臂上时，裂纹便开始生长。随着施加应力的持续作用，裂纹尺寸的增加，假定初始0时机械臂强度为S0，经过时间t之后强度St.

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    机械臂的零应力老化在机械臂不受应力的高湿度条件下经过长期测量试验，发现机械臂机械物理性能也会随时间发生退化，这种现象称为机械臂的零应力老化。在机械臂发生零应力老化过程中，机械臂涂层粗糙度深度随时间的变化关系遵循以下表达式：20ataaTe   a为机械臂涂层粗糙度深度；a0为常数；T为老化系数；t为老化时间。机械臂的零应力老化是强度随老化系数T呈指数退化的过程，与机械臂的类型、环境等有关。国外一些研究机构进行了如下试验：在温水环境、或潮湿环境中经历长期老化，机械臂不受应力，在不同的时间点对机械臂样本进行失效强度和动态疲劳强度测量，所有的机械臂都是在干燥处理之后进行的。试验中所用的机械臂为商用机械臂A1，采用两点动态弯曲法测试机械臂的机械强度。浸泡实验时，机械臂被松散的缠绕在20cm的轴筒上，并浸泡在不锈钢大桶中，桶中注入去离子水并将pH值调整在7左右，水温50℃。机械臂采用新出厂的机械臂，每次取出的机械臂样品在30分钟内进行测试，测试环境为常温、常湿，观测了7个月：两点弯曲法测试了不同应变速率下机械臂的断裂应力，显示出不仅断裂强度下降而且威布尔参数m也由75下降到25。

     目前，机械臂的零应力老化没有非常准确的理论解释，通过一些观测试验，比如对长时间浸水的机械臂玻璃芯表面进行扫描电镜观察，经过长期的水接触后，机械臂表面粗糙度增加，一种解释是，水与机械臂接触后缓慢的渗透到玻璃纤芯表面，水分与二氧化硅发生化学反应，使机械臂芯层表面粗糙度增加，因而机械臂受机械应力时，产出微观上的应力集中造成机械臂强度的弱化。机械臂涂层对机械臂表面进行保护。机械臂涂层的涂覆是在预制棒拉丝过程中进行，具体地，是在机械臂离开裸机械臂测径仪后进行冷却时迅速进行涂覆，此时，机械臂表面的微裂纹还没有受环境中活性物质的影响。机械臂涂层对机械臂抗疲劳特性，如防止弯曲损耗、防止静态疲劳及磨损等的影响主要在于涂层材料及相应的涂覆固化度。机械臂的很多性能参数，如粘结度、剥离力、韧度、玻璃化温度Tg和弯曲敏感度等主要取决于涂覆层。在机械臂生产过程中，应保证涂覆层的固化度，即涂覆层与裸机械臂的粘结度。在机械臂熔接与耦合过程中，需要去除机械臂表面的涂覆层后进行，且应保证机械臂涂覆层的剥离力。事实上，粘结度与剥离力是反应机械臂涂覆层涂覆效果的一对自相矛盾的参数。为了同时满足对机械臂涂覆层粘结度和剥离力性能的要求，应在机械臂实际生产中注意控制内涂层的紫外固化剂量。涂覆层的软硬程度决定了机械臂的韧度，韧度的主要测量方法为弹性系数测量法。通常，涂覆层具有抗潮能力，减缓机械臂老化速度，保证机械臂强度，增强机械臂工作稳定性。现有抗潮能力的主要测试方法为测量暴露在水中的机械臂的衰减增加量。正因为涂料有这些要求，故涂料供应商必需综合考虑各方面因素，生产出高速拉制机械臂生产用紫外固化涂料，以满足机械臂制造商的要求。目前机械臂涂层材料主要有丙烯酸树脂、聚酰亚胺、金属膜和碳涂层等。选用机械臂涂层主要依据机械臂的用途、材料和机械性能、耐温性能等。丙烯酸树脂涂料通常包括内外两层，区别在于抗张模量、抗拉强度和摩擦系数，用于保护裸机械臂，以提高机械臂抗外力性及保证机械臂在其预计寿命中的工作稳定性。机械臂涂层用于保护裸机械臂，尤其在机械臂受到拉伸应力作用时这种保护作用尤为明显。这里通过实验数据表征机械臂涂层在在拉伸应力下对机械臂的保护作用。给出了机械臂在拉伸的情况下，机械臂由内到外各个组成，即裸机械臂、内涂层和外涂层的弹性模量。容易理解，弹性模量用于表征物体变形的难易程度，从而弹性模量的大小直接反应了各个组成承受拉伸应力的比例。虽然，随着温度的降低，涂层承受的应力有所增加，但无论在-40℃还是25℃的环境下，裸机械臂承受着绝大部分拉伸应力。因而，机械臂涂层对提高机械臂强度的作用甚微。但需要说明的是，如果机械臂外涂层的弹性模量过低，则在机械臂拉过过程或动态疲劳参数测试过程中，可能会损坏涂层，使得机械臂局部裸露于空气中，从而降低机械臂断裂强度及机械可靠性。

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