تحلیل شکست در اثر خستگی در بازوی ربات جوشکار

خستگی مکانیکی یکی از مهم ترین و پیچیده ترین عوامل شکست در اجزای مکانیکی است که تحت بارگذاری های سیکلی و مداوم قرار دارند. در بسیاری از صنایع پیشرفته و خطوط تولید خودکار، ربات های جوشکار صنعتی نقش کلیدی در افزایش دقت، سرعت و کیفیت فرآیندهای تولید دارند. بازوی ربات جوشکار، به عنوان یکی از اصلی ترین اجزای حرکتی، تحت تنش های متنوع مکانیکی، گشتاورهای پیچشی، ارتعاشات دینامیکی و تغییرات حرارتی مداوم قرار می گیرد و در نتیجه در معرض خطر شکست ناشی از خستگی قرار دارد. تحلیل و پیش بینی رفتار خستگی این قطعات، نه تنها باعث افزایش دوام و عمر مفید ربات می شود، بلکه از توقف های ناخواسته در خطوط تولید جلوگیری کرده و هزینه های تعمیر و نگهداری را کاهش می دهد. در این تحقیق، بازوی یک ربات جوشکار صنعتی به صورت جامع مورد مطالعه قرار گرفت. ابتدا مدل سه بعدی بازوی ربات با استفاده از نرم افزارSolidWorks طراحی و جزئیات هندسی شامل اتصالات، مقاطع و نقاط تماس با دیگر اجزا مدلسازی شد. سپس، تحلیل تنش و خستگی با استفاده از روش اجزای محدود (FEM) در نرم افزارANSYS انجام گردید. در این تحلیل، بارگذاری های سیکلی، اثر گشتاور و نیروهای وارده، شرایط مرزی و محدودیت های حرکتی بازو در نظر گرفته شد. توزیع تنش و کرنش در طول بازو بررسی شد و نقاطی که بیشترین تمرکز تنش و بیشترین احتمال شروع ترک های خستگی را داشتند، شناسایی شدند.علاوه بر این، عمر خستگی اجزا بر اساس استانداردهای موجود و نمودارهای S-N تخمین زده شد و حساسیت قطعه نسبت به تغییرات بارگذاری و طراحی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج این پژوهش نشان داد که برخی نقاط اتصال و گوشه های تیز بازو، بیشترین میزان تمرکز تنش را تجربه کرده و به عنوان نقاط بحرانی در معرض شکست ناشی از خستگی قرار دارند. همچنین، تحلیل عمر خستگی امکان پیش بینی دقیق تر زمان نیاز به تعمیر یا تعویض قطعات را فراهم نمود. بر اساس این نتایج، پیشنهادهایی برای بهینه سازی هندسی، تغییر مواد یا اعمال عملیات حرارتی و طراحی مجدد اتصالات ارائه شد تا مقاومت بازو در برابر خستگی افزایش یابد. یافته های این تحقیق می تواند به مهندسان طراحی ربات کمک کند تا بازوهایی با دوام بیشتر، قابلیت اطمینان بالاتر و نگهداری ساده تر طراحی نمایند و عملکرد خطوط تولید صنعتی را بهبود بخشند.

کلیدواژه ها:

خستگی مکانیکی ، شکست خستگی ، بازوی ربات جوشکار ، تحلیل اجزای محدود (FEM) ، منحنی S-N و E-N ، تحلیل استاتیکی و مودال ، طراحی مکانیکی ، بهینه سازی هندسه ، تحلیل عمر خستگی ، رباتیک صنعتی.