碳纤维代替光滑的钢棒?

3D打印 打印机制造
2021-05-12 11:01:33

我有一根长 8 毫米的光滑钢棒,长约 55 厘米。由于长度的原因,这根杆很容易弯曲。如果我用 8mm 实心碳纤维杆代替它们,弯曲度会减少吗?轴承会从碳纤维杆上磨损吗?我找不到太多关于此的信息。

2个回答

当您有固定的横截面时,钢是线性杆的最佳材料。它将具有相同尺寸的任何杆(除了一些稀有金属)的最小弯曲。

碳纤维的材料特性乍一看似乎更胜一筹,但其刚度是非常各向异性的——沿着纹理非常僵硬,而在整个纹理上不是很僵硬。因此,弯曲等多轴应力不一定会达到理论规格。碳纤维具有出色的刚度重量比,但在此应用中,单位面积刚度不一定优越。

人们偶尔会使用碳纤维制作线性杆/导轨,但仅限于比 8 毫米大得多的尺寸。认为 >25 毫米。

这才是真正的问题所在。550 毫米长处的 8 毫米直径远远超出弯曲刚度的合理范围。弯曲挠度随着长度的 CUBE 而增加,这对于杆的尺寸来说太长了。精密运动应用的一般经验法则是长度 < 25*直径。这是一个保守的规则,但它是正确的球场。你真的不应该用 8 毫米的杆超过 200-250 毫米左右。

我同意钢是最好的导轨材料,但提供的关于碳纤维的信息是错误的。

在制作碳纤维部件时,无论是管状还是任何其他形状,您都可以按照受力方向所需的方向放置织物。如果需要多向强度和刚度,则将纤维铺设在多个方向。没有人知道他们在做什么,会把所有的 cf 放在一个方向......

一般来说,碳纤维在强度重量比和体积方面都比钢强。我说“一般”是因为零件需要以正确的方式设计。设计不当的碳纤维部件或劣质钢材很容易变得脆弱。

YouTube 上有一段很棒的视频,展示了碳纤维传动轴与钢制相同部件的强度和刚度比较。钢制传动轴弯曲和折断的力要小 3 倍,而 cf 传动轴在折断之前没有明显的弯曲。

钢是更好的直线导轨材料的主要原因是表面硬度。直线导轨具有连续上下移动的轴承。导轨需要硬化以防止它们过快磨损。cf的表面硬度(划伤或穿透的容易程度)远低于钢。没有可比性。

Cf 是框架的好材料,但不是导轨。对于较硬的导轨,我建议购买一些方形的 THK 导轨。15 毫米的导轨对于大多数 3d 打印机来说足够坚固。