Mekaanisen järjestelmän pitkäikäisyys.Kohtumaton tarkkuusmekaniikan, sulautetun elektroniikan ja älykkäiden ohjelmistojen sekoitus on harvoin määritelty yhdellä komponentilla. Sen sijaan se ilmenee siitä, kuinka hyvin sen ainesosat kestävät toistuvaa stressiä, lämpökiertoa, syövyttäviä ympäristöjä ja ajan armotonta etenemistä. Materiaalitiede tarjoaa perustavan ymmärryksen, joka työntää perinteisten rajojen ohi, muuttaa varhaiset materiaalivalinnat strategiseksi eduksi, joka mahdollistaa näiden ominaisuuksien muuntamisen suoraan ja entistä turvallisemmaksi suunnitteluksi, joka tapahtuu tehdaslattiaroboteista autonomisiin ajoneuvon toimilaitteisiin. Jokainen vääntömomentin siirtävä vaihdehammas voi myös toimia magneettisena virtapoluna anturille; rakenteellinen kotelo voi kaksinkertaistua sähköelektroniikan lämpönieluksi. Nämä päällekkäiset roolit tarkoittavat, että materiaalin valinta ei ole koskaan yhden mittainen harjoitus. Moottorien on punnittava vaihto-offs: voima, lämmönjohtavuus, sähköeristys, väsymisrajoitus, ja jopa akustinen vaimentaminen.

Materiaalin hajoamismekanismit

Jotta suunnittelu kestävyys, insinöörit on ensin ymmärrettävä, miten materiaalit hajoavat. Ensisijainen vikatilat mekatronisten komponenttien. puku, väsymys, hiipiä ja korroosio.Jokaisella on erillinen fyysinen alkuperä ja kohdennettuja hillitsemisstrategioita. Tarkka ote näistä mekanismeista mahdollistaa joukkueiden valita asianmukaiset materiaalit ja pintakäsittelyt ennen sitoutumista tuotantoon, välttäen kalliita uudelleensuunnittelu myöhemmin.

Pue ja purista

Käyttää aiheuttaa merkittävä osa mekatronisen järjestelmän vikoja, erityisesti liikkuvissa rajapinnoissa, kuten laakereiden, hammaspyörien ja liukuvien tiivisteiden. Liima kuluminen, kuluminen ja pinnan väsyminen kaikki vaikuttavat progressiiviseen materiaalihäviöön. Kovuus yksinään ei takaa kulumisen kestävyyttä; koko tribologinen järjestelmä.mukaan lukien voiteluaineen viskositeetti, pinnan karheus ja käyttölämpötila. Esimerkiksi pehmytlehtien yhdistäminen kovettuneeseen akseliin voi johtaa kihelmöintiin, samalla kun vastaavat materiaalit vastaavat materiaalit voivat aiheuttaa takaiskuja. Edistynyt pintatekstitys, kuten laserin aiheuttamat jaksoittaiset rakenteet, vähentää kitkakertoimia jopa 40%:lla servomoottorin pensaissa, pidentää käyttöikää merkittävästi. Moottorit käyttävät nyt rutiininomaisesti tribologisia simulaatioita ja pin-on-disk-testejä ennustaakseen kulumisnopeuksia realistisessa käyttöolossa.

Väsymys Syklisen kuormituksen aikana

Monet mekatroniset toimilaitteet läpi miljoonia sykliä aikana niiden käyttöikä. Servo moottori akselit, robotti nivellaakerit, ja siirtovaihteet kaikki kokemus pyörivät tai vaihteleva stressi. Materiaali väsymys.Asteittainen ja paikallinen rakenteellinen vaurio, joka tapahtuu syklin aikana kuormaus.Seuraava yleisin syy odottamaton mekaaninen vika. Korkea suorituskyky seoksia kuten maraging terästen ja titaaniseosten on hienosäädetty, mikrorakennetaso viivästyttää halkeaman aloittamista. Pintakäsittelyt kuten ammuttu peening ja syvä vierintä aiheuttaa hyödyllisiä puristusta jäännös jännitystä, pidentää väsymys elämän suuruusjärjestyksessä kriittisissä sovelluksissa, kuten lentokoneiden laskulaitteet toimilaitteet ja nopea pakkaus koneet. Uusi tutkimus ultraääni peening osoittaa vieläkin suurempi pintapuristus minimaalinen vääristymä tarkkuus osia.

Lämpövakaus ja lämmönhallinta

Modernit mekatroniset paketit ovat pienempiä ja tehokkaampia kuin koskaan, jotka sisältävät lämpöä tuottavaa energiaa MOSFET- ja mikroohjaimilla suoraan tarkkuuskoneiden vieressä. Lämpölaajenemisero polymeeriliitin ja keraaminen substraatti voivat murtaa juotinliitokset ajan myötä. Korkean lämpötilan seokset, kuten Inconel 718, säilyttävät tuottovoimaa jopa 700 °C:ssa, jolloin ne ovat välttämättömiä sisällä turbiini-aktiivisia puhdistuman säätöjärjestelmiä. Taajuuden toisessa päässä keraamiset matriisikomposiitit (CMC) löytävät tiensä sähköajoneuvojen vetomoottoreihin, jotka tarjoavat sähköeristystä ja lämmönjohtavuutta paljon perinteisten alumiinioksidikotelojen ulkopuolella. Kyky mallista transienttien lämpöprofiileja käyttäen finiittianalyysi on tullut vakiotyökalu materiaalivalikoimassa korkean suorituskyvyn mekatronikoille, jolloin insinöörit voivat ennustaa paikallisia kuumia pisteitä ja valita materiaaleja, joissa on yhteensopivat lämpölaajenemiskertoimet.

Korroosio ja ympäristön hajoaminen

Mekatroniikkajärjestelmät ovat yhä enemmän käytössä ulkona tai karu tuotantoympäristöissä.Maatalous robotit, offshore tuuliturbiinin pikiohjaimet, ja elintarvikkeiden käsittely toimilaitteet, jotka käyvät päivittäin pesun. Täällä, materiaalitiede ulottuu yli irtotavarana ominaisuuksia pintakemia. Duplex ruostumatonta terästä tasapainoinen austeniittinen-ferrititic mikrorakenne kestää kuoppa kloridirikas ilmakehät. Seal materiaalit ovat kehittyneet yksinkertainen nitriilikumi perfluorielastomeerit, jotka kestävät aggressiivisia puhdistusaineita ja korkeapaine höyry. Yhdistämällä oikean seoksen edistyneitä pinnoitteita, valmistajat voivat luvata vuosikymmenen kestävä kestävyys ruostetta ja kemiallinen hyökkäys.