В отговор на опасенията относно глобалното затопляне и изчерпването на подземните ресурси като петролен нефт, автомобилната индустрия бързо преминава от автомобили на база бензин към хибридни и електрически автомобили. Като мярка за намаляване на емисиите на CO2 много страни се състезават да направят слънчевата или вятърната енергия подходящи за практическа употреба като източник на енергия. Техниките за намаляване на теглото са една от най-важните технологични иновации на фона на тази конкуренция. Целта на приемането на техники за намаляване на теглото е да се спести консумацията на енергия чрез намаляване на теглото на движещо се тяло. Например материалът на автомобилната каросерия, направен обикновено със стомана, е заместен с алуминиева сплав. Теглото на вагоните с куршуми се намалява чрез използване на материали от алуминиеви сплави. По този начин теглото на самолета се намалява чрез увеличаване на съотношението на CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics) композит.

Приемането на технологии за намаляване на теглото става все по-важно в областта на устройствата за автоматизация и механичните устройства за същата цел. Сменете металния материал със смолен материал, за да намалите теглото на подвижно тяло, заменете стоманения материал на частта на колоната на устройството със смолен композит, бетонен композит или керамични материали и приемете тънък или кух дизайн за съставните части, като линейни плъзгащи водачи или промяна на материала на линейния водач са всички примери за технологии за намаляване на теглото в индустрията за автоматизация.

заместване материала
Техниките за намаляване на теглото са особено необходими за бързо движещите се машини. В авиокосмическата индустрия материалите с висока якост и висока надеждност са изключително важни и се наблюдава преминаване към използването на CFRP композитни материали като заместител на леките метали като дуралумина. Същите материали, използвани за корпуси на самолети, са адаптирани за каросериите на състезателни автомобили F1. Частите на рамената на електронните опаковъчни машини и транспортиращите роботи са примери за тяхното използване във високоскоростни задвижващи агрегати.

Проектирани пластмаси

За да се направи продуктът лек чрез заместване на материала, трябва да бъдат изпълнени едновременно следните технически изисквания:

Типичен пример за заместване на материали е замяната на материали на метална основа с пластмаси. Има много случаи, когато металните части са заменени с инженерни пластмаси, за да се намали теглото. Проектираните пластмаси са група пластмасови материали, които имат отлични устойчивостни свойства срещу топлина, прах, химикали, атмосферни влияния и пламъци. Тъй като те могат да поддържат стабилност на размерите и механични свойства дори при висока температура, те могат да се използват в структурни компоненти. Инженерната пластмаса може да бъде посочена като ОзВ. Най-често срещаните видове ОЗ включват PC (поликарбонати) и ABS смола (акрилонитрил бутадиен стирен кополимер).

За фабричните части за автоматизация са приети ЕР за фиксиращи части, използвани за промяна на посоката на сферичните винтови лагери в зоната на циркулация. Те също са приети за части на устройства, които често са изложени на химикали по време на процеси като офорт и почистване. Те са приети и за части, изискващи висока точност в области, където температурата се променя. Други примери за това приложение включват външни части, изискващи леки свойства, като резервни тела на лещи за цифрови фотоапарати или модели от висок клас на рефлекторни камери с един обектив. Някои автомобили са заменили стъклото или частите на каросерията с инженерни пластмаси, за да подобрят горивната ефективност чрез намаляване на теглото на автомобила. Намаляването на теглото на конструктивните материали може да ускори обработващото оборудване и транспортирането, тъй като ускорението се увеличава за същото количество енергия.

Якост на материала и конструкции

За заместване на материала от метал на смола, дизайнерите трябва да приемат композитна структура, за да намалят теглото, като същевременно запазят същата якост на материалите със заместения материал. CFRP се състои от карбонизиране на влакното и формоване към структурния елемент вътре в смолата. Континуумът на влакната и адхезивната якост на смолата ще направят материала лек и устойчив на разрушаване.

Чугунното леене се приема за колони в структурата на корпуса на металообработващите машини. Структурните материали, използвани за металообработващи машини, трябва да имат морфологична стабилност, което означава, че първоначалната точност няма да се влоши за дълъг период от над 10 години. Следователно се изискват определени характеристики, като хомогенна стабилност на самия материал и несъществуване на остатъчно напрежение вътре. Необходимите характеристики са обобщени тук. В момента като структурни елементи се приемат основно следните материали:

Всеки материал има свои собствени характеристики. Гранитът има най-малко специфично тегло. Модулът на Йънг обаче е толкова малък, че е податлив на деформация. Приемете подходящ материал като конструктивен елемент, за да избегнете деформация. Керамиката е лек и здрав материал. С тях обаче се работи изключително трудно. Освен това те не са предназначени за големи продукти. Външният панел на космическа совалка е пример за използване на керамика в плочки (виж [Фиг.1]). Смоляният бетон има превъзходно амортизиране на вибрациите, но с по-малка структурна якост.

Следете следващата седмица за повече идеи за намаляване на теглото!