Name: Zastosowanie aspektów projektowych w rozwoju jednoosiowych maszyn załadowczych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-19T14:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 23 s
Description: Poznaj kluczowe aspekty projektowania jednoosiowych maszyn załadowczych dla badań biomechanicznych. Ten protokół pokazuje techniki montażu i wyrównania zapewniające powtarzalność testów.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez National Institutes Health NIDCR [DE022664].

UWAGA: Gotowe urządzenie jest pokazane w Rysunek 2. Urządzenie umożliwia czysto jednoosiowe badanie próbek w pozycji poziomej.
1. Części składowe
<ol>
	<li>Przygotuj dwa programowalne siłowniki o skoku 30 mm (1,2 cala) na siłownik, o rozpiętości 60 mm (2,3 cala), gdy są zaprogramowane do ciągnięcia/dociskania. Aby dostosować się do różnych potencjalnych zastosowań, wybierz siłowniki o rozsądnej sile [67 N (15 funtów)], ciągu szczytowym [58 N (13 funtów)], rozdzielczości prędkości [0,9302 μm/s (0,00004 cala/s)] i jednokierunkowej dokładności [25 μm (0,001 cala)].</li>
	<li>Połącz szeregowo siłowniki, aby zsynchronizować je w celu równomiernego wysuwania/chowania.</li>
	<li>Przygotuj sterownik 24 V, który zapewni ruch napędowy siłownika; systemy te umożliwiają precyzyjny ruch liniowy poprzez obrót, pociągowej.</li>
	<li>Przygotuj dwa czujniki wagowe o maksymalnej sile nacisku 44,5 N (10 funtów). Wybierz obciążenie niskoprofilowe lub kanistrowe, które jest idealne do ograniczonych przestrzeni.</li>
	<li>Przygotuj system bloków szynowych/wagonowych. Przygotuj jedną szynę i dwa wagony; po jednym do przytrzymania każdego siłownika. Ponieważ stal rdzewieje, wybierz materiał ze stali nierdzewnej, jeśli urządzenie będzie używane do materiałów wymagających hydratacji; Do wszystkich innych celów dopuszczalna jest stal. 
	UWAGA: Widok rozstrzelony platformy ładunkowej z blokiem szyny/wózka pokazanym na fioletowo znajduje się w Rysunek 3.</li>
</ol>
2. Konstrukcja ramy
UWAGA: Dla celów wyjaśniających, platforma jest oznaczona kolorami na grafice.
<ol>
	<li>Przygotuj aluminiowy materiał magazynowy. Wybierz aluminium ze względu na jego opłacalność i łatwość obróbki. Przygotuj zarówno płytę, jak i kątownik w kształcie litery "L".</li>
	<li>Przygotuj materiał wyjściowy do oprzyrządowania maszyny. Wybierz pleksi; Jest mocny, a jednocześnie lekki.</li>
</ol>
3. Zespół metalowej podstawy i płyty bocznej (ramy)
<ol>
	<li>Wytnij płytę podstawy z aluminiowej kolby, upewniając się, że ma wymiary około 64 x 15 x 1.3 cm (25 x 6 x 0.5 cala). Oczyść krawędzie w młynie i przytnij płytę podstawy do ostatecznych wymiarów.</li>
	<li>Obrobić blachę płasko we frezarce, zgodnie ze specyfikacjami podanymi w plikach dodatkowych.</li>
	<li>Zmierz się z tym, upewniając się, że płaszczyzna jest wypoziomowana.</li>
	<li>Obrobić maszynowo szynę w płycie podstawy, aby wyrównać płyty boczne z tolerancją 0,0126 mm (0,0005 cala).</li>
	<li>Płyty boczne należy obrabiać zgodnie ze specyfikacjami podanymi w plikach uzupełniających.</li>
	<li>Wywierć i postukaj w blachy boczne na ich dolnej powierzchni.</li>
	<li>Zamontuj płyty boczne pionowo w szynie.</li>
	<li>Przymocuj płyty boczne do płyty podstawy od spodu (<silna klasa="xfig">Rysunek 4).</li>
</ol>
4. Mocowanie zespołu szyny/wózka do ramy
<ol>
	<li>Maszynowo wbij szyny w przednią powierzchnię każdej płyty bocznej, aby umożliwić montaż zespołu szyny/wózka zgodnie ze specyfikacjami podanymi w linkach rysunkowych (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 5).</li>
	<li>Przymocuj szynę do toru przez otwory przelotowe w szynie za pomocą wywierconych i nagwintowanych otworów (aby pomieścić #10-32) w każdej płycie bocznej.</li>
</ol>
5. Mocowanie siłowników z tyłu
<ol>
	<li>Obrabiać mocowania tylne z kolby kątowej w kształcie litery "L" zgodnie ze specyfikacją podaną w plikach uzupełniających.</li>
	<li>Obrobić maszynowo pręt do przymocowania do dolnej części uchwytu, aby służył jako rowek wpustowy i jeździć nim po obrabianym torze na powierzchni płyty bocznej zgodnie ze specyfikacjami podanymi w plikach dodatkowych. Przykręć pręt do dolnej części uchwytu.</li>
	<li>Wywierć otwór przelotowy w podstawie tylnego mocowania, aby uzyskać odstęp między siłownikami.</li>
	<li>Przymocuj tylne mocowanie do korpusu siłownika za pomocą układu otworów w siłowniku komercyjnym. 
	UWAGA: Jednym z powodów wykonania montażu tylnego jest wyeliminowanie konieczności wielokrotnego mocowania siłownika bezpośrednio do ramy za pomocą małych metrycznych #2, które są dołączone do siłowników. Mocowanie eliminuje problem zrywania gwintów wewnętrznych siłownika przy wielokrotnym użyciu.</li>
	<li>Wsuń podstawę uchwytu, aby przymocować tylne mocowanie siłownika do ramy za pomocą dwóch.</li>
	<li>Wywierć i nagwintuj szereg otworów (aby pomieścić #10-32) po bokach szyny na przedniej powierzchni płyt bocznych, aby umożliwić regulowane mocowanie, jeśli pożądane jest umieszczenie próbek o różnych rozmiarach.</li>
</ol>
6. Mocowanie siłowników z przodu za pomocą złączy
UWAGA: Przedni uchwyt to element w kształcie litery 'L', który mocuje przód siłownika do karetki. Siłownik nie styka się fizycznie z uchwytem; Mocuje się go za pomocą szeregu złączy, które wystają z końcówki siłownika.
<ol>
	<li>Osprzęt do montażu przedniego maszyny z kolby kątowej w kształcie litery "L" zgodnie ze specyfikacją podaną w plikach uzupełniających.</li>
	<li>Wywierć otwór w podstawie przedniego mocowania, aby umieścić złącze stożkowe.</li>
	<li>Obrobić maszynowo szynę z boku przedniego mocowania, aby pomieścić płytę.</li>
	<li>Obrobić maszynowo płytę z torem, aby pomieścić osprzęt.</li>
	<li>Obrobić aluminiowe, cylindryczne złącze zgodnie ze specyfikacjami podanymi w linkach rysunkowych. Ten adapter łączy ogniwo obciążnikowe z siłownikiem.</li>
	<li>Wywierć i nagwintuj złącze pod metryczną #2 na końcu siłownika i metryczną #6 na końcu ogniwa obciążnikowego, aby wspomóc osiowy montaż i wyrównanie ogniwa obciążnikowego i siłownika.</li>
	<li>Powtórz ten proces, aby obrobić dwa identyczne złącza, po jednym dla każdego ogniwa obciążnikowego.</li>
	<li>Obrobić aluminiowe, stożkowe, cylindryczne złącze zgodnie ze specyfikacjami podanymi w linkach rysunkowych. Ten adapter łączy ogniwo obciążnikowe z osprzętem i wózkiem.</li>
	<li>Wywierć i nagwintuj złącze do gwintowanego połączenia ogniwa obciążnikowego na jednym końcu.</li>
	<li>Przełóż cylinder do otworu w przednim mocowaniu siłownika i użyj dociskowej, aby zakotwiczyć koniec cylindra.</li>
	<li>Zduplikuj system dla prawego i lewego siłownika. 
	UWAGA: Jak pokazano na Rysunek 6, po zmontowaniu, podstawa siłownika jest sztywno przymocowana do płyty bocznej. Przód siłownika jest przymocowany do wózka, a gdy siłownik jest wysuwany i chowany, wózek jest pchany i ciągnięty. Zapewnia to ramy dla mocowania osprzętu i ładowania próbki.</li>
</ol>
7. Terminarz
<ol>
	<li>Obrabiać osprzęt zgodnie ze specyfikacjami podanymi w plikach uzupełniających (<silna klasa="xfig">Rysunek 7).</li>
	<li>Obrobić centralną, pionową szczelinę w uchwycie oprawy, aby dostosować ją do wysokości.</li>
	<li>Przymocuj przednie mocowania siłownika do prostokątnej płyty z trzema wywierconymi i nagwintowanymi otworami (aby pomieścić #10-32) ustawionymi pionowo na środku płyty.</li>
	<li>W razie potrzeby podnieś lub opuść uchwyt, npample, jeśli używana jest kąpiel soli fizjologicznej do badania uwodnionego, i zabezpiecz go.</li>
</ol>
8. Procedura operacyjna:
<ol>
	<li>Pobierz oprogramowanie siłownika, aby zdalnie sterować urządzeniem16.</li>
	<li>Utwórz połączenie między komputerem a sterownikiem 24 V za pomocą 6-pinowego przedłużacza PS/2 męsko-żeńskiego mini-din; każdy sterownik siłownika ma dwa 6-pinowe złącze mini-din.</li>
	<li>Użyj konwertera USB-na-6-pin mini-din, aby podłączyć siłowniki do standardowego komputera; konwerter zawiera jedną żeńską 6-pinową końcówkę złącza mini-din i port USB.</li>
	<li>Połącz szeregowo siłowniki tak, aby do operacji wystarczył pojedynczy komputerowy, lub alternatywnie użyj adaptera HDMI zamiast adaptera USB.</li>
	<li>Podłącz siłowniki do zasilania 24 V.</li>
	<li>Po podłączeniu i zasileniu wybierz urządzenia i dostosuj wydajność siłownika.</li>
	<li>Alternatywnie, można sterować siłownikami ręcznie za pomocą pokrętła na każdym siłowniku, co jest przydatne podczas konfiguracji. 
	UWAGA: To oprogramowanie ma zastosowanie do każdego standardowego systemu operacyjnego. Dzięki temu oprogramowaniu siłowniki mogą być przesuwane z różnymi prędkościami na dowolną ustaloną odległość, synchronizowane w określonej odległości lub synchronizowane ze sobą, aby poruszać się zgodnie.</li>
</ol>

<ol><li>ASTM E4-16. Standard practices for force verification of testing machines. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2016).</li>
<li>ASTM E2309/E2309M-16. Standard practices for verification of displacement measuring systems and devices used in materials testing machines. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2016).</li>
<li>ASTM E2428-15a. Standard practice for calibration and verification of torque transducers. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2015).</li>
<li>ASTM E2624-17. Standard practice for torque calibration of testing machines. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2017).</li>
<li>ASTM C39 – Standard test method for compressive strength of cylindrical concrete specimens. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2018).</li>
<li>ASTM A370-17a. Standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2017).</li>
<li>ASTM D4761-13. Standard test methods for mechanical properties of lumber and wood-base structural material. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2013).</li>
<li>Green, M. L., et al. <a target="_blank" href="https://digitalcommons.usu.edu/foodmicrostructure/vol5/iss1/19/">Mechanical properties of cheese, cheese analogues and protein gels in relation to composition and microstructure.</a> Food Structure. 5 (1), 169-192 (1986).</li>
<li>ASTM D76/D76M-11. Standard specification for tensile testing machines for textiles. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html">https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html</a> (2011).</li>
<li>Papini, M., Zdero, R., Schemitsch, E. H., Zalzal, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+biomechanics+of+human+femurs+in+axial+and+torsional+loading%3A+comparison+of+finite+element+analysis%2C+human+cadaveric+femurs%2C+and+synthetic+femurs%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">The biomechanics of human femurs in axial and torsional loading: comparison of finite element analysis, human cadaveric femurs, and synthetic femurs.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 129 (1), 12-19 (2007).</li>
<li>Poulet, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intermittent+applied+mechanical+loading+induces+subchondral+bone+thickening+that+may+be+intensified+locally+by+contiguous+articular+cartilage+lesions%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthritis+and+Cartilage%22%5BJournal%5D)">Intermittent applied mechanical loading induces subchondral bone thickening that may be intensified locally by contiguous articular cartilage lesions.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 23 (6), 940-948 (2015).</li>
<li>Li, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Osteoblasts+subjected+to+mechanical+strain+inhibit+osteoclastic+differentiation+and+bone+resorption+in+a+co-culture+system%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Osteoblasts subjected to mechanical strain inhibit osteoclastic differentiation and bone resorption in a co-culture system.</a> Annals of Biomedical Engineering. 41 (10), 2056-2066 (2013).</li>
<li>Huang, A. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+use+of+a+novel+bioreactor+for+regeneration+of+biaxially+stretched+tissue-engineered+vessels%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Engineering.+Part+C%2C+Methods%22%5BJournal%5D)">Design and use of a novel bioreactor for regeneration of biaxially stretched tissue-engineered vessels.</a> Tissue Engineering. Part C, Methods. 21 (8), 841-851 (2015).</li>
<li>Keyes, J. T., Haskett, D. G., Utzinger, U., Azhar, M., Van de Geest, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptation+of+a+planar+microbiaxial+optomechanical+device+for+the+tubular+biaxial+microstructural+and+macroscopic+characterization+of+small+vascular+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Adaptation of a planar microbiaxial optomechanical device for the tubular biaxial microstructural and macroscopic characterization of small vascular tissues.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 133 (7), 075001(2011).</li>
<li>Brown, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Techniques+for+mechanical+stimulation+of+cells+in+vitro%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Techniques for mechanical stimulation of cells in vitro: A review.</a> Journal of Biomechanics. 33 (1), 3-14 (2000).</li>
<li>Zaber Technologies. Zaber Console software download. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.zaber.com/zaber-software">https://www.zaber.com/zaber-software</a> (2018).</li>
<li>King, J. D., York, S. L., Saunders, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design%2C+fabrication+and+characterization+of+a+pure+uniaxial+microloading+system+for+biologic+testing%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Engineering+and+Physics%22%5BJournal%5D)">Design, fabrication and characterization of a pure uniaxial microloading system for biologic testing.</a> Medical Engineering and Physics. 38 (4), 411-416 (2016).</li>
<li>Saunders, M. M., Donahue, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+cost-effective+loading+machine+for+biomechanical+evaluation+of+mouse+transgenic+models%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Engineering+and+Physics%22%5BJournal%5D)">Development of a cost-effective loading machine for biomechanical evaluation of mouse transgenic models.</a> Medical Engineering and Physics. 26 (7), 595-603 (2004).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Celem tych prac było zaprojektowanie i wyprodukowanie ekonomicznej i niezawodnej ładowarki jednoosiowej do stosowania z próbkami na małą skalę, takimi jak tkanki i włókna. Skonstruowano urządzenie, które spełniało określone wymagania, a jednocześnie było na tyle elastyczne w konstrukcji, że pozwalało na wytwarzanie nowych osprzętu w miarę rosnących potrzeb użytkownika. Na przykład urządzenie pozwoli na testowanie próbek suchych i mokrych w konfiguracji jednoosiowej lub stałej.
Krytyczne etapy ...

Testy mechaniczne mają ciekawą historię, która sięga wstecz do sprzętu do testowania twardości opracowanego przez Stanleya Rockwella na początku XX wieku. Podczas gdy technologia rozwinęła się do tego stopnia, że standardowe, udokumentowane praktyki kierują wszystkim, od weryfikacji wydajności maszyny po wytyczne dotyczące przeprowadzania konkretnych testów1,2,3,4. Obecnie testy mechaniczne są przeprowadzane na wszystkim, od materiałów budowlanych, takich jak, stal i drewno, po produkty spożywcze i tekstylne5,6,7,8,9. Biorąc pod uwagę, że dziedziny inżynierii biomedycznej, a dokładniej biomechaniki, wykorzystują testy mechaniczne, maszyny ładujące są powszechne w laboratoriach biomechanicznych.
Maszyny ładujące działają w zakresie skali w biomechanice. Na przykład większe maszyny ładujące mogą być używane do przeprowadzania badań uderzeń całego ciała lub określania właściwości mechanicznych kości udowej człowieka, podczas gdy mniejsze maszyny ładujące mogą być używane do testowania mysich kości lub stymulacji komórek10,11,12,13,14. W laboratorium testowym znajdują się dwa rodzaje maszyn załadowczych; te, które są kupowane komercyjnie i te, które są budowane przez użytkownika. Maszyny załadowcze opracowane przez nas są często preferowane ze względu na ich opcje personalizacji i dostosowywania15.
Podczas testów, próbka jest zabezpieczana w maszynie, dzięki czemu można zastosować przemieszczenie, generując mierzalną siłę. Jeżeli obciążenie jest wykorzystywane jako sprzężenie zwrotne jazdy, badanie jest kontrolowane pod względem obciążenia; Jeżeli przemieszczenie jest wykorzystywane jako sprzężenie zwrotne jazdy, badanie jest kontrolowane pod kątem przemieszczenia. Ogólnie rzecz biorąc, maszyny załadowcze są zbudowane na ramie, która łączy napęd ze stałą podporą. W związku z tym testowanie zazwyczaj polega na przesuwaniu jednego końca próbki, podczas gdy drugi koniec pozostaje nieruchomy.
Na rysunku 1 pokazany jest szkic prostej maszyny ładującej, demonstrujący jej podstawowe komponenty. Podstawą wszystkich maszyn załadowczych jest podstawa lub rama. Podczas gdy zdecydowana większość marek komercyjnych wykorzystuje stałą podstawę, rysunek przedstawia platformę, która umożliwia ruch planarny (XY). Napęd w tym przypadku to górne ramię, które utrzymuje ogniwo obciążnikowe i jest napędzane silnikiem krokowym. Do ramy przymocowane są uchwyty, które utrzymują próbkę i dyktują rodzaj przeprowadzanego testu. Na rysunku pokazano trzypunktowe mocowania gięcia. Górny uchwyt (pojedynczy styk) jest zamontowany na ruchomym ramieniu; Dolny uchwyt (podwójny styk) jest montowany do nieruchomej podstawy. Podczas testowania silnik napędza górne mocowanie w dół do miejsca, w którym środkowy styk zazębia się z próbką. Gdy kontakt styka się z próbką, ogniwo obciążnikowe rejestruje wzrost oporu lub siły wywieranej na próbkę.
Zdarzają się sytuacje, w których maszyny są projektowane i budowane we własnym zakresie, aby wykonać ruch nieosiągalny za pomocą istniejących maszyn w laboratorium. Tutaj szczegółowo opisujemy jedno z takich urządzeń. Jest to platforma załadowcza, która umożliwia czysto jednoosiowe ładowanie próbek lub równy i przeciwny ruch na obu końcach. Urządzenie zawiera komercyjne czujniki wagowe i siłowniki (przeprowadzki); Rama jest obrabiana maszynowo do przechowywania części komercyjnych i osprzętu załadowczego do testowania próbek. Zrozumienie podstawowych zasad testowania konstrukcji maszyn może pomóc w zaprojektowaniu własnej maszyny. Utworzone przez nas pliki rysunkowe posłużyły nam jako punkt wyjścia, aby pomóc naukowcom w tworzeniu własnych maszyn. Film skupi się na montażu urządzenia i zastosowaniu zasad projektowania mechanicznego w celu zapewnienia wyrównania i wiarygodnego testowania.

<table><tbody><tr><td>Zasilanie, wyjście 24 V DC 2,5 A, wejście 100-240 V AC, wtyczka dla Ameryki Północnej&nbsp;</td><td>Zaber Technologies inc</td><td>PS05-24V25</td><td></td></tr><tr><td>6-pinowy mini przedłużacz męski na żeński PS/2</td><td>Zaber Technologies inc</td><td>T-DC06</td><td></td></tr><tr><td>Sterownik silnika krokowego, 2-fazowy</td><td>Zaber Technologies inc</td><td>A-MCA</td><td></td></tr><tr><td>Siłownik liniowy, rozmiar NEMA 11, skok 30 mm, maksymalny ciąg ciągły 58 N</td><td>Zaber Technologies inc</td><td>NA11B30</td><td></td></tr><tr><td>Odporne na korozję bezobsługowe wózki z łożyskami kulkowymi i szyny prowadzące</td><td>McMaster-Carr</td><td>9184T31</td><td></td></tr><tr><td>6061-t6 Aluminiowa kolba</td><td>McMaster-Carr</td><td>NA</td> Plexiglas McMaster-Carr NA <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kanister Ogniwo obciążnikowe, 4,5 N</td><td>Honeywell Sensotec</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>USB na 6 pin mini-din</td><td>Universal&nbsp;</td><td>nie</td><td></td></tr></tbody></table>

zastosowanie aspektów projektowych w rozwoju jednoosiowych maszyn załadowczych

Application of Design Aspects in Uniaxial Loading Machine Development

Jeśli chodzi o dokładne i precyzyjne testy mechaniczne, maszyny działają na zasadzie kontinuum. Podczas gdy platformy komercyjne oferują doskonałą dokładność, mogą być zbyt kosztowne, często wyceniane w przedziale cenowym 100 000 - 200 000 USD. Na drugim biegunie znajdują się samodzielne urządzenia ręczne, którym często brakuje powtarzalności i dokładności (np. ręczne urządzenie korbowe). Jeśli jednak wskazane jest pojedyncze zastosowanie, projektowanie i obróbka czegoś zbyt skomplikowanego jest nadmierną inżynierią. Niemniej jednak zdarzają się sytuacje, w których maszyny są projektowane i budowane we własnym zakresie, aby wykonać ruch nieosiągalny przy użyciu istniejących maszyn w laboratorium. Szczegółowo opisane tutaj jest jedno z takich urządzeń. Jest to platforma załadowcza, która umożliwia załadunek czysto jednoosiowy. Standardowe maszyny załadowcze są zazwyczaj dwuosiowe, ponieważ obciążenie liniowe odbywa się wzdłuż osi, a obciążenie obrotowe odbywa się wokół osi. Podczas testowania za pomocą tych maszyn obciążenie jest przykładane do jednego końca próbki, podczas gdy drugi koniec pozostaje nieruchomy. Systemy te nie są w stanie przeprowadzać testów czysto osiowych, w których rozciąganie/ściskanie jest przykładane równomiernie do końców próbki. Platforma opracowana w tym artykule umożliwia równomierne i przeciwne ładowanie próbek. Chociaż może być używany do ściskania, tutaj nacisk kładziony jest na jego zastosowanie w czystym obciążeniu rozciągającym. Urządzenie zawiera komercyjne czujniki wagowe i siłowniki (przeprowadzki) i, podobnie jak w przypadku maszyn zbudowanych we własnym zakresie, obrabiana jest rama do przechowywania komercyjnych części i osprzętu do testów.

W celu weryfikacji działania systemu przeprowadzono testy prędkości i wydajności siłownika17. Testy te polegały na pomiarze prędkości i dystansu przesunięcia siłownika w odniesieniu do wartości wejściowych. Aby zweryfikować dokładność dystansu przesunięcia próbki, wybrano dowolne odległości przesunięcia wzdłuż wału w zakresie od 254 do 2540 µm (0.01 - 0.10 in). Urządzenie uruchomiono dla tych wartości, a następnie porównano je z rzeczywistą odległością zmierzoną za...

Tutaj prezentujemy protokół do opracowania czysto jednoosiowej maszyny ładującej. Zastosowano krytyczne aspekty projektowe w celu zapewnienia dokładnych i powtarzalnych wyników testów.

Zastosowanie aspektów projektowych w rozwoju jednoosiowych maszyn załadowczych

In terms of accurate and precise mechanical testing, machines run the continuum. Whereas commercial platforms offer excellent accuracy, they can be ...

Informacje zawarte w tym filmie mają na celu wyjaśnienie niektórych z ważniejszych aspektów tworzenia mechanicznych platform załadowczych. Informacje są przeznaczone dla badaczy, którzy mogą być zainteresowani tworzeniem własnych platform, ale nie są zaznajomieni z niektórymi z podstawowych zasad ich stosowania. Ten film ma na celu zademonstrowanie dwóch kluczowych cech związanych z opracowaniem niezawodnej platformy testowej, w szczególności powtarzalnego montażu i demontażu oraz dokładnego wyrównania.Montaż platformy zademonstruje Pan Robby Thoerner. Robby Thoerner niedawno uzyskał tytuł licencjata na Uniwersytecie w Akron, na naszym wydziale inżynierii biomedycznej na kierunku biomechanika. Celem jest zmontowanie urządzenia testującego.Oto przykład zmontowanego urządzenia, które ma dwa siłowniki, ogniwa obciążnikowe i ramę do ich podparcia. Zbierz części, aby skonstruować urządzenie. Używaj dwóch programowalnych siłowników, każdy o skoku 30 milimetrów, 60 milimetrów podczas wspólnej pracy.Połącz szeregowo siłowniki, aby zsynchronizować je w celu równomiernego wysuwania i chowania. Następnie przygotuj dwa czujniki wagowe odpowiednie do ograniczonych przestrzeni. Aby podeprzeć siłowniki, przygotuj po jednym wózku dla każdego z nich wraz z szyną.Stwórz podstawę z aluminiowej powłoki. Wytnij kawałek do odpowiedniego rozmiaru i użyj młyna, aby obrobić płytę zgodnie ze specyfikacją. Wykonać obróbkę dwóch płyt bocznych zgodnie ze specyfikacją.Oba powinny być lustrzanym odbiciem, a każdy z nich powinien mieć szczelinę i wywiercone otwory, aby pomieścić szynę. Wywierć i postukaj w dolne powierzchnie płyt bocznych. Zamontuj płyty boczne w szynie na podstawie.Upewnij się, że punkty mocowania szyny znajdują się blisko siebie. Przymocuj płyty boczne do płyty podstawy od spodu. Następnie przymocuj szynę do toru, korzystając z jej otworów przelotowych i wywierconych otworów w każdej płycie bocznej.Po zakończeniu szyna łączy dwie płyty boczne, a wózki wsuwają się na szynę. Przejdź do pracy z mocowaniami siłowników. Użyj kolby w kształcie litery L do obróbki tylnego mocowania i pręta do przymocowania do dolnej części mocowania.W ten sposób powstaje klucz do wyrównania na torze. Przykręć pręt do dolnej części uchwytu. W tym momencie pobierz wybrany siłownik do eksperymentu.Przymocuj tylne mocowanie do korpusu siłownika, korzystając z układu otworów w siłowniku. Szereg otworów w płycie bocznej umożliwia regulację pozycji montażu. Przymocuj podstawę uchwytu do ramy, aby przymocować tylny siłownik.Użyj dwóch, aby go zabezpieczyć. Zduplikuj kroki, aby zamontować siłownik na każdej z płyt bocznych. Zaopatrz się w części do podparcia przedniej części siłownika.Jedna część to element w kształcie litery L z otworem na stożkowe złącze. Z boku znajduje się tor do umieszczenia talerza. Płyta do tego toru ma również tor, na którym można umieścić osprzęt i zapewnić wyrównanie.Wykonać obróbkę aluminiowej części cylindrycznej do połączenia ogniwa obciążnikowego i siłownika. Obrobić aluminiową stożkową część cylindryczną, aby połączyć ogniwo obciążnikowe z uchwytem i wózkiem. Przełóż cylinder do otworu w przednim mocowaniu siłownika i użyj dociskowej, aby zakotwiczyć koniec cylindra.Teraz popracuj z mocowaniami do przednich mocowań. W celu regulacji pionowej należy obrobić centralną pionową szczelinę w uchwycie urządzenia. Przymocuj przedni uchwyt siłownika do prostokątnej płyty bocznej, tak aby pionowo wyrównane otwory znajdowały się pośrodku.Oto kompletny montaż do montażu przedniego z jednej strony. Zduplikuj kroki, aby zamontować zarówno lewy, jak i prawy siłownik urządzenia. Są to reprezentatywne zestawy danych z testów obciążeniowych zawiązanych 25,4 milimetra szwów 2-0 aż do awarii.Szara krzywa kreskowa przedstawia wyniki z urządzenia opisanego w tym protokole, przy użyciu szybkości ładowania 0,61 milimetra na sekundę. krzywa przedstawia wyniki z urządzenia o stałym końcu przy użyciu podwójnej szybkości ładowania, czyli 1,22 milimetra na sekundę. We wszystkich testach awaria wystąpiła na węźle, a pomiary nie wykazały statystycznej różnicy między urządzeniami.Projektując ładowarkę, zawsze ważne jest, aby projektować z myślą o wyrównaniu. Skupienie się na wyrównaniu zapewni, że wyniki będą powtarzalne i dokładne oraz że odpowiednio testujesz swoje próbki. W tym filmie staraliśmy się zademonstrować niektóre z ważniejszych aspektów projektowania maszyn załadowczych.Jeśli rozumiesz niektóre z tych podstawowych zasad, możesz je zastosować w tworzeniu platform dla własnych potrzeb testowych.

application-of-design-aspects-in-uniaxial-loading-machine-development

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Zaprojektowaliśmy nowatorski bioreaktor obciążenia mechanicznego, który może zastosować jednoosiowe lub dwuosiowe naprężenie mechaniczne do biokompozytu chrząstki przed przeszczepem do ubytku chrząstki stawowej.

Projekt dwuosiowego bioreaktora obciążenia mechanicznego dla inżynierii tkankowej

Ten protokół proponuje nowatorski dwuosiowy system testowy używany na jednoosiowej maszynie do prób rozciągania z ogrzewaniem oporowym w celu określenia schematu granicznego formowania (FLD) blach w warunkach tłoczenia na gorąco.

Nowatorska dwuosiowa aparatura badawcza do wyznaczania granicy formowania w warunkach tłoczenia na gorąco

Ten protokół obejmuje charakterystykę płatków zastawki przedsionkowo-komorowej z kontrolowanymi siłą, przemieszczeniami i relaksacją naprężeń dwuosiowymi procedurami mechanicznymi. Wyniki uzyskane za pomocą tego protokołu mogą być wykorzystane do opracowania modelu konstytutywnego w celu symulacji mechanicznego zachowania działających zaworów w ramach symulacji elementów skończonych.

Dwuosiowa charakterystyka mechaniczna przedsionkowo-komorowych zastawek serca

Model symulacyjny specjalnie wspierający wstępny projekt pompy o zmiennej wydajności elektrycznej (EVDP) jest rozwijany i częściowo weryfikowany przez eksperymenty. Wydajność sterowania, żywotność, niezawodność itp. można ocenić przy użyciu proponowanego modelu, który obejmuje główne wymagania dotyczące wydajności w ramach zadania wstępnego projektu EVDP.

Metoda modelowania i symulacji dla wstępnego projektu pompy o zmiennej wydajności

W tym protokole opisane są dwa podejścia, które ułatwiają jednoosiowe testowanie kompresji kręgów lędźwiowych myszy. W pierwszej kolejności opisano konwersję giętarki trzypunktowej na maszynę do prób ściskania. Po drugie, metoda osadzania w celu przygotowania powierzchni ładunkowej, która wykorzystuje cement kostny, jest dostosowana do kręgów lędźwiowych myszy.

Mysi kręg lędźwiowy Jednoosiowe badanie ściskania z osadzeniem powierzchni ładunkowej

W tej pracy opisujemy zastosowanie techniki tomografii atomowo-sondowej do badania granic ziaren warstwy absorbera w ogniwie słonecznym CIGS. Przedstawiono tu również nowatorskie podejście do przygotowania końcówek sondy atomowej zawierających pożądaną granicę ziaren o znanej strukturze.

Badania tomografii sondy atomowej na granicach ziaren Cu(In,Ga)Se2

Ten film opisuje podstawy technik cyfrowej projekcji prążków, które zapewniają gęste pomiary 3D dynamicznie zmieniających się powierzchni. Demonstruje również projekt i działanie szybkiego binarnego systemu defoksji opartego na tych technikach.

Szybkie i szybkie obrazowanie wideo z cyfrowymi technikami projekcji prążków

Poziome i pionowe elektrohydrodynamiczne mostki cieczowe są prostymi i potężnymi narzędziami do badania interakcji pól elektrycznych o wysokim natężeniu i polarnych cieczy dielektrycznych. Przedstawiono budowę podstawowej aparatury oraz przykłady działania, w tym obrazy termograficzne, dla trzech cieczy (np. wody, DMSO i glicerolu).

Otrzymywanie mostków elektrohydrodynamicznych z polarnych cieczy dielektrycznych

Przedstawiamy protokoły do wykorzystania w pomiarze wielkości kropel oprysku z dysz rolniczych używanych zarówno w powietrznych, jak i naziemnych zastosowaniach agrochemicznych. Przedstawione metody zostały opracowane w celu zapewnienia spójnych i powtarzalnych danych dotyczących wielkości kropel zarówno między laboratoriami, jak i wewnątrz laboratorium, przy użyciu systemów dyfrakcji laserowej.

Pomiar wielkości kropli cieczy roboczej z dysz rolniczych za pomocą dyfrakcji laserowej

Przedstawiono protokół do wystrzeliwania i stabilnego zatrzymywania wybranych mikrocząstek dielektrycznych w powietrzu.

Pułapka optyczna obciążenia mikrocząstek dielektrycznych w powietrzu

Poznaj kluczowe aspekty projektowania jednoosiowych maszyn załadowczych dla badań biomechanicznych. Ten protokół pokazuje techniki montażu i wyrównania zapewniające powtarzalność testów.

Zastosowanie aspektów projektowych w rozwoju jednoosiowych maszyn załadowczych

Przeglądaj więcej filmów