[实用新型]一种机械臂

说明书

本实用新型提供一种机械臂：具有中空的管状结构，管状结构的管壁由复数层的层状结构组成，层状结构包括至少三层碳纤维层和至少两层PMI膜卷覆复合而形成，每层PMI膜的内侧和外侧均为碳纤维层，且管壁的基底层和蒙皮层均为碳纤维层；机械臂包括吊臂，吊臂由管状结构组成。在管状结构的管壁中，具有优异力学性能的PMI膜对碳纤维层起到承托、补强的作用。由上述管状结构构成的吊臂具有较高的强度、韧性、耐用性和安全性，能够承受较大的载荷，不易断裂。另外，管状结构的材质为碳纤维和PMI，不会发生锈蚀，而且，管状结构为中空结构，能够使吊臂保持轻巧，具有较高的可操控性，便于转移和安装。

技术领域

本实用新型属于起重吊装设备领域，具体地，涉及一种机械臂。

背景技术

随着现代工业的快速发展，工业设备越来越智能化和高效率化，在一些流水线作业上用到了大量的机械臂装置。机械臂的安全性和可靠性是决定其核心竞争力的关键。目前，机械臂多使用钢材料制造，重量较大，对车架、底盘的载荷要求较高，油耗很大，机动性较差；同时，钢材质的机械臂强度不高、抗弯折性能不高，臂身易因疲劳破坏出现局部变形、开裂等问题；另外，工程车的作业环境恶劣，钢材质的臂身易发生腐蚀问题。

碳纤维是一种由碳元素组成的特种纤维，具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性。碳纤维的外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维具有质轻、不弯曲、冲击吸收性能好等优点，但也具有表面硬度不佳、造价贵的缺点，当受到的外力高于能承受的最大破坏强度时，会造成断裂。

聚甲基丙烯酰亚胺泡沫(polymethacrylimide,PMI)是一种交联的、孔径分布均匀的泡沫，具有卓越的结构稳定性和高机械强度。PMI具有比其他聚合物泡沫材料更高的比强度、比模量、耐热性和耐湿热性能，以及更好的抗高温蠕变性能和尺寸稳定性。PMI是目前世界上比强度(强度/密度)和比模量(模量/密度)最高的泡沫材料，并且具有优异的耐高温性能和尺寸稳定性能，是制造轻质高强复合材料管壁理想的芯材。此外，由于PMI的闭孔率高，孔径分布均匀，吸湿率低，使其作为芯材的夹芯复合材料具有远优于蜂窝复合材料的耐久性和耐环境性。

实用新型内容

根据本实用新型的一个方面，提供一种机械臂，以解决有技术所存在的技术问题中的至少一个。

根据本实用新型的一个方面，提供一种机械臂：具有中空的管状结构，管状结构的管壁由复数层的层状结构组成，层状结构包括至少三层碳纤维层和至少两层PMI膜卷覆复合而形成，每层PMI膜的内侧和外侧均为碳纤维层，且管壁的基底层和蒙皮层均为碳纤维层；机械臂包括吊臂，吊臂由管状结构组成。

凡是带有中空内腔的中空体皆属于本实用新型述及的管状结构。在管状结构的管壁中，PMI膜和碳纤维层复合形成多层三明治夹心结构，具有优异力学性能的PMI膜对碳纤维层起到承托、补强的作用，使管状结构具有高强的抗拉伸性、耐压性、比刚度、比强度和耐腐蚀性能。由上述管状结构构成的吊臂具有较高的强度、韧性、耐用性和安全性，能够承受较大的载荷，不易断裂。另外，管状结构的材质为碳纤维和PMI，不会发生锈蚀，而且，管状结构为中空结构，能够使吊臂保持轻巧，具有较高的可操控性，便于转移和安装。

优选地，PMI膜由100％PMI制成。

优选地，PMI膜的厚度不超过1mm。

厚度不超过1mm的PMI膜在常温下具有一定的可卷曲性，应用这种PMI膜作为制备管壁的芯层材料，可以直接将PMI膜贴合基材的轮廓复合在基材外侧，便于批量制作吊臂。此外，相对于厚板间的复合，薄层间结合的复合具有较大的层间结合力，层间结合得更为紧密，不易脱层，提高了吊臂的整合性以及力学性能。在管状结构的管壁中，每层PMI膜的厚度占比较小，因此，可以采用多层PMI膜复合的形式使车架具有更大的机械强度。

可选地，PMI膜直接包覆在其内侧碳纤维层的外围。