Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Aplicação de aspectos do Design no desenvolvimento de máquina de carregamento Uniaxial

doi: 10.3791/58168 Published: September 19, 2018

Summary

Aqui nós apresentamos um protocolo para desenvolver uma máquina de carregamento uniaxial puro. Aspectos de concepção crítica são empregados para garantir resultados de testes precisos e reprodutíveis.

Abstract

Em termos exatos e precisos testes mecânicos, máquinas executar o continuum. Considerando que as plataformas comerciais oferecem excelente precisão, podem ser financeiramente inviável, muitas vezes um preço na faixa de preço de US $100.000 - $200.000. No outro extremo são dispositivos autônomos manuais que muitas vezes falta de repetibilidade e precisão (por exemplo, um dispositivo manual de manivela). No entanto, se uma única utilização é indicada, é excesso engenharia para projeto e máquina algo excessivamente elaborado. Todavia, há ocasiões onde as máquinas são projetadas e construídas internamente para realizar um movimento não atingível com as máquinas existentes no laboratório. Descrito em detalhes aqui, é um tal dispositivo. É uma plataforma de carregamento que permite o carregamento uniaxial puro. Máquinas de carregamento padrão normalmente são biaxial carregamento linear ao longo do eixo e o carregamento giratório ocorre sobre o eixo. Durante o teste com estas máquinas, uma carga é aplicada a uma extremidade da amostra, enquanto a outra extremidade permanece fixa. Estes sistemas não são capazes de conduzir testes axial pura em que tensão/compressão é aplicada igualmente para as extremidades do espécime. A plataforma desenvolvida neste artigo permite que o igual e oposta a carregar de espécimes. Enquanto ele pode ser usado para compressão, aqui o foco é sobre a sua utilização em pura elasticidade a carregar. O dispositivo inclui células de carga comercial e atuadores (motores) e, como é o caso com máquinas construídas internamente, um frame é usinado para segurar as peças comerciais e dispositivos elétricos para testes.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Teste mecânico tem uma história interessante que pode ser rastreada até Equipamento desenvolvido por Stanley Rockwell no início do século XX de ensaio de dureza. Enquanto a tecnologia tem crescido na medida em que práticas padrão, documentadas tudo guia de verificação do desempenho da máquina para as orientações para a realização de testes específicos1,2,3, 4. hoje, os ensaios mecânicos são conduzidos em tudo, desde materiais como concreto, aço e madeira, alimentos e têxtil produtos5,6,7,8,9 . Dado que os campos da engenharia biomédica e, mais especificamente, biomecânica utilizam testes mecânicos, máquinas de carregamento são comuns em laboratórios de biomecânica.

Carregamento de máquinas executadas o intervalo de escala em biomecânica. Por exemplo, máquinas de carregamento maiores podem ser usadas para realizar estudos de impacto de corpo inteiro ou determinar propriedades mecânicas femorais humanas, enquanto a menor carga de máquinas podem ser usadas para testar murino ossos ou estimular células10,11, 12,13,14. Dois tipos de máquinas de carregamento são encontrados no laboratório de testes; aqueles que são adquiridos comercialmente e aqueles que são criados pelo usuário. Máquinas de carregamento desenvolvidas em casa muitas vezes são favorecidas por suas opções de personalização e customização15.

Em testes, um espécime é garantido na máquina para que um deslocamento pode ser aplicado, gerando uma força mensurável. Se a carga for usada como o feedback de condução, o teste é controlado por carga; Se o deslocamento for usado como o feedback de condução, o teste é controlado por deslocamento. Máquinas de carregamento, em geral, são construídas sobre um quadro que se conecta a um motor a um suporte fixo. Como tal, testes geralmente envolve uma extremidade da amostra sendo movida enquanto do outro lado permanece fixo.

Mostrado na Figura 1 é um esboço de uma máquina de carregamento simples demonstrando seus componentes básicos. Fundamental para todas as máquinas de carregamento é uma base ou quadro. Considerando que a grande maioria das marcas comerciais utiliza uma base fixa, o desenho retrata uma plataforma que permite planar movimento (XY). O motor, neste caso, é a parte superior do braço que contém uma célula de carga e é impulsionado por um motor de passo. Anexado ao quadro são os dispositivos elétricos que detém o espécime e ditam o tipo de teste que é executado. Na figura são dispositivos elétricos de curva de três pontos. A fixação superior (o único contato) é montada com o braço em movimento; a fixação do fundo (o contato duplo) é montada na base estacionária. Durante os testes, o motor conduz a fixação superior para baixo, para onde o contact center contrata o espécime. Como o contato se envolve o espécime, célula de carga registra o aumento na resistência ou a força colocada sobre o espécime.

Há ocasiões onde as máquinas são projetadas e construídas internamente para realizar um movimento não atingível com as máquinas existentes no laboratório. Aqui descrevemos detalhadamente um tal dispositivo. É uma plataforma de carregamento que permite puro espécime uniaxial carregando ou igual e oposta de movimento em ambas as extremidades. O dispositivo inclui células de carga comercial e atuadores (motores); um frame é usinado para segurar as peças comerciais e dispositivos elétricos de carregamento para a amostra de teste. Compreender os princípios básicos da construção de máquina testes pode auxiliar na concepção da própria máquina. Temos desde os arquivos de desenho que criamos como ponto de partida para ajudar os investigadores com seu próprio desenvolvimento de máquina. O vídeo irá focar a montagem do dispositivo e a aplicação dos princípios de projeto mecânico para garantir o alinhamento e teste de confiança.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Nota: O dispositivo acabado é mostrado na Figura 2. O dispositivo permite testes uniaxial puro de espécimes na posição horizontal.

1. componentes

  1. Prepare dois atuadores programáveis com uma viagem de 30 mm (1,2 pol) por atuador capaz de 60 mm (2,3 pol) de abrangência quando programado para puxar/empurrar juntos. Para acomodar uma variedade de usos potenciais, selecionados atuadores tendo uma razoável força capacidade [67 N (15 lb)], impulso [58 N (13 lb)], resolução de velocidade de pico [µm/s 0.9302 (0.00004 no / s)] e uma precisão unidirecional [25 µm (0,001 pol)].
  2. Cascata os atuadores para sincronizá-los para um aplicativo igual de extensão/retração.
  3. Preparar um controlador V 24 para fornecer o movimento de condução para o atuador; Estes sistemas permitem um movimento linear preciso pela rotação de um parafuso, o leadscrew.
  4. Prepare duas células de carga com capacidade máxima de força de 44,5 N (10 lb). Selecione um perfil baixo ou carga de cilindro-estilo que é ideal para espaços confinados.
  5. Prepare o sistema de bloco ferroviário/transporte. Preparar um trilho e duas carruagens; um para segurar cada atuador. Porque aço oxidará, selecionar material de aço inoxidável, se o dispositivo será utilizado para materiais que necessitam de hidratação; para todos os outros efeitos, o aço é aceitável.
    Nota: Uma vista explodida da plataforma de carregamento com o bloco ferroviário/transporte mostrado em roxo é fornecida na Figura 3.

2. construção do quadro

Nota: Para fins de exposição, a plataforma é Color-coded em gráficos.

  1. Prepare material de estoque de alumínio. Selecione o alumínio por sua relação custo-eficácia e facilidade de usinagem. Preparar a placa de ambos e ' estoque de ângulo em forma de L'.
  2. Prepare o estoque de material para dispositivos elétricos da máquina. Selecione o plexiglass; é forte, ao mesmo tempo leve.

3. metal Base e o lado de montagem de placa (Frame)

  1. Cortar a placa de base do estoque de alumínio, certificando-se que é cerca de 64 x 15 x 1,3 cm (25 x 6 x 0,5 polegadas). Limpar as bordas no moinho e cortar a placa de base para suas dimensões finais.
  2. Máquina a placa plana no moinho, de acordo com as especificações fornecidas nos arquivos suplementares.
  3. Enfrentá-lo, garantindo que o avião é de nível.
  4. Uma trilha na placa de base para alinhar as placas laterais, com uma tolerância de 0,0126 mm (0,0005 polegadas) da máquina.
  5. As placas laterais de acordo com especificações fornecidas nos arquivos suplementares da máquina.
  6. Perfurar e explorar as placas laterais na sua face inferior.
  7. Monte as placas de lado verticais na pista.
  8. Fixe as placas laterais na base de baixo (Figura 4).

4. anexar o trilho/transporte da Assembleia para o quadro

  1. Trilhas de máquina na face frontal de cada placa lateral para permitir a montagem do conjunto do trilho/transporte de acordo com as especificações fornecidas nos links desenho (Figura 5).
  2. Fixe o trilho para a pista com o afastamento de buracos no trilho através de perfuraram e bateu furos (para acomodar os parafusos #10-32) em cada placa lateral.

5. acessório de montagem traseira os accionadores

  1. Máquina de montagem traseira anexos do ' estoque em forma de L' ângulo de acordo com as especificações fornecidas nos arquivos suplementares.
  2. Um bar para anexar a parte inferior do monte para servir como um rasgo de chaveta e montá-lo na faixa usinada na face a placa de acordo com as especificações fornecidas nos arquivos suplementares da máquina. Aparafuse a barra na parte inferior do monte.
  3. Fazer um furo na base do Monte traseira para o apuramento do atuador.
  4. Anexe a montagem traseira ao corpo do atuador através o teste padrão de furo no atuador comercial.
    Nota: Um motivo para fazer uma montagem traseira é eliminar a necessidade de anexar repetidamente o atuador diretamente ao frame usando os pequeno #2 parafusos métricos que vêm estoque sobre os atuadores. A montagem elimina a preocupação de descascar os fios internos do atuador com uso repetido.
  5. Ranhura na base do monte para anexar o suporte traseiro do atuador para os quadro através de dois parafusos.
  6. Perfurar e explorar uma série de buracos (para acomodar os parafusos #10-32) flanqueando a faixa na face frontal das placas de lado para permitir um acessório de montagem ajustável se é desejável para acomodar amostras de tamanhos variados.

6. front Mount fixação dos atuadores através de conectores

Nota: A montagem frontal é uma ' peça em forma de L' que atribui a frente do atuador para o transporte. O atuador não contacta fisicamente a montagem; que atribui através de uma série de conectores que se estendem da ponta do atuador.

  1. Máquina de montagem frontal anexos do ' estoque em forma de L' ângulo de acordo com as especificações fornecidas nos arquivos suplementares.
  2. Faça um furo na base do Monte da frente para acomodar o conector cônico.
  3. Uma faixa no lado do monte para acomodar uma placa dianteiro da máquina.
  4. A placa com uma faixa para acomodar os dispositivos elétricos da máquina.
  5. Um alumínio, conector cilíndrico de acordo com as especificações fornecidas nos links desenho da máquina. Este adaptador se conecta a célula de carga para o atuador.
  6. Perfurar e toque o conector para um parafuso métrico #2 na extremidade do atuador e um parafuso métrico #6 na extremidade de célula de carga para suportar a montagem axial e o alinhamento da célula de carga e atuador.
  7. Repita este processo para dois conectores idênticos, um para cada célula de carga da máquina.
  8. Máquina de alumínio, afilado, conector cilíndrico de acordo com especificações fornecidas no desenho links. Este adaptador se conecta a célula de carga para a instalação e o transporte.
  9. Perfurar e toque o conector para a conexão de célula de carga rosca em uma extremidade.
  10. Passe o cilindro no orifício de montagem da frente do atuador e usar um conjunto de parafusos para fixar a extremidade do cilindro.
  11. Duplica o sistema para os atuadores de direito e esquerdos.
    Nota: como mostrado na Figura 6, uma vez montada, a base do atuador rigidamente consta a placa. A frente do atuador é anexada ao transporte e, como o atuador é estendido e retraído, o transporte é empurrado e puxado. Isto fornece o quadro para o acessório de fixação e amostra de carregamento.

7. dispositivos elétricos

  1. Os dispositivos elétricos de acordo com as especificações fornecidas nos arquivos suplementares (Figura 7) da máquina.
  2. Uma slot vertical central no suporte de fixação para acomodar a altura da máquina.
  3. Anexe montagens frente à placa retangular com três furos perfurados e roscados (para acomodar os parafusos #10-32) o atuador alinhadas verticalmente no centro da placa.
  4. Levantar ou abaixar o titular, se necessário, por exemplo, se um banho de solução salina para testes hidratado está sendo usado e fixar com parafusos.

8. procedimento de operação:

  1. Baixe o software do atuador para controlar remotamente o dispositivo de16.
  2. Criar uma ligação entre o computador e o controlador de 24 V com um cabo de extensão de PS/2 do mini-DIN de 6 pinos macho-fêmea; cada controlador de atuador tem dois links de cabo de conector mini-DIN de 6 pinos.
  3. Usar um conversor de mini-din USB-para-6-pinos para conectar os atuadores para um computador padrão; o conversor contém uma extremidade do conector fêmea mini-DIN de 6 pinos e uma porta de conexão USB.
  4. Cascata os atuadores para que um cabo único computador é suficiente para a operação, ou alternativamente, usar um adaptador HDMI no lugar do adaptador USB.
  5. Conecte os atuadores para fonte de alimentação de 24 V.
  6. Uma vez conectado e alimentado, selecione os dispositivos e personalizar o desempenho do atuador.
  7. Como alternativa, controle os atuadores manualmente através do mostrador em cada atuador, que é útil para a afinação.
    Nota: Este software é aplicável para qualquer sistema operacional padrão. Com este software, os atuadores podem ser mudou-se em velocidades diferentes para qualquer distância definida, sincronizados a uma distância definida ou sincronizados um com o outro para mover-se em uníssono.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

A fim de verificar a utilização do sistema, testes de velocidade e desempenho do atuador foram realizados17. Estes testes consistiam em medir a velocidade do atuador e a distância em comparação com os valores de entrada. Para verificar a precisão de distância de viagem de amostra, distâncias de viagens arbitrário ao longo do eixo entre 2540-254 µm (0,01 - 0,10 pol) foram selecionadas. O dispositivo foi executado para estas distâncias e em comparação com a distância real medida usando combinações de calibres de lâminas e blocos de calibre. As distâncias escolhidas eram representativas da taxa de 1% - 10% tensão que é comumente usada em testes de celulares. Os resultados para o teste de distância mostraram um < 4% desvio da entrada.

Para testar a velocidade do atuador, aleatórias arbitrárias velocidades foram escolhidas que abrangem as capacidades do atuador. Os valores de velocidade variaram de 1-28.000 µm/s (0.00004 - 1.1 no / s). Esta velocidade foi então comparada com a velocidade calculada do dispositivo definindo um movimento de atuador de temporização e distância. Para o teste de velocidade, o atuador iria completar um ciclo completo de extensão e contração. Partir deste teste, a velocidade do atuador foi encontrada para estar dentro de um desvio de 10% da entrada. Todos os resultados de teste tinham um valor r2 > 0.999. Para verificar se que os actuadores não superaquecer, cada atuador foi um ciclo com a sua velocidade máxima e a distância. A temperatura foi então gravada cada 5 min por 1h e foi encontrada para nunca ultrapassar a 39,9 ° C. Todos os testes de validação foram realizados pelo menos 3x.

Para testar o seu desempenho, o dispositivo uniaxial puro na configuração fixa-final foi usado e comparado com os resultados do teste de nossa plataforma de carregamento existente, que foi também desenvolvida in-house18. Testaram-se dez suturas de 2-0 ao fracasso em ambas as máquinas. As suturas foram atadas com três nós, a fim de criar um riser stress no meio da amostra e desviar o stress dos dispositivos elétricos. Utilizou-se um comprimento de calibre de 25,4 mm (1,0 pol.) com uma taxa de carregamento de 0,61 mm/s (0,024 no / s). O mesmo teste foi então realizado com a máquina de carregamento existente, onde a velocidade do atuador foi duplicada para 1.22 mm/s (0,048 no / s) para compensar o único atuador. Todos os testes foi concluída usando células de carga 44,5 N (10 lb). Além disso, testes uniaxial puro foi concluída para verificar se não há diferenças entre os extremos relativos. Uma trama típica de sutura é fornecida na Figura 8. Linha tracejada cinza representa resultados do dispositivo uniaxial puro em comparação com a linha pontilhada preta do dispositivo final fixo existente.

Em todos os testes, as suturas falharam no nó. As medições consistindo de rigidez, máxima carga, e deslocamento em falha não mostrou nenhuma diferença estatística entre as duas máquinas para p < 0,05. Uma vez que foi determinado que os dispositivos produziram resultados estatisticamente semelhantes, novos testes foi realizado. Propriedades de materiais de sutura obtidas usando o dispositivo uniaxial puro nas configurações de puro e fixo-final não foram estatisticamente diferentes17.

Figure 1
Figura 1: carregamento simples máquina equipada com um dispositivo elétrico dobrando do três-ponto. O design incorpora movimento planar ao longo do X e y, acrescentando que a versatilidade da máquina. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: fabricado dispositivo indicado (topo) com o seu homólogo do modelo de computador (parte inferior). Os componentes da máquina uniaxiais são fabricados em alumínio. Um modelo sólido é utilizado durante a fase de planejamento do dispositivo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3: uma vista explodida da plataforma de carregamento com o bloco ferroviário/transporte mostrado no roxo. O comerciais carruagens e trilho-guia garantem o alinhamento e no eixo de movimento. A vista explodida ilustra o uso de parafusos na montagem da máquina. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4: as placas laterais montagem na pista da placa base. As placas laterais fixar a placa de base através do fundo da base. Como pode ser visto na figura, as faces frontais das placas lado têm um trilho usinado que acomoda o trilho. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5: sistema ferroviário e transporte destacado em roxo. O bloco ferroviário/carruagem consiste de duas carruagens de rolamento de esferas que permitem suave deslizando ao longo do trilho. Em assembly, o bloco de monta para a frente das placas de lado enquanto a faixa usinada garante o alinhamento. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 6
Figura 6: desenho do dispositivo de carregamento de Assembly. Montagem frontal do atuador é anexada para o trilho e a extensão/retração da ponta do atuador move a amostra. O bloco ferroviário/carruagem é mostrado em roxo; as montagens de atuador (dianteiro e traseiro) são mostradas na cor rosa; os conectores são mostrados em vermelho; os dispositivos elétricos são mostrados em amarelo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 7
Figura 7: fricção de Plexiglass grampos em uma faixa vertical, entalhada. A incorporação de uma faixa ranhurada permite o alinhamento vertical e usar com um banho ambiental (não mostrado). Para permitir esta adaptação, os parafusos são usados para levantar e abaixar a faixa. Na imagem à esquerda mostra o assembly de vista explodida do dispositivo elétrico da frente; a imagem da direita mostra o conjunto de fixação da parte de trás. Para segurar o espécime, dentes serrilhados são usinados nas mordaças. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 8
Figura 8: dados de carga-deslocamento de um teste de sutura O gráfico é uma trama de uma curva de carga-deslocamento de uma sutura testada ao fracasso. Sutura é uma fibra e usado aqui para demonstrar a forma típica de uma curva de falha. Se uma máquina de fabricação, barbante ou fio poderia ser substituído por um resultado semelhante. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Atuador montagem frontal: Clique aqui para baixar este arquivo. 

Montagem do atuador : Clique aqui para baixar este arquivo. 

Placa de base : Clique aqui para baixar este arquivo. 

Braçadeira inferior : Clique aqui para baixar este arquivo. 

Carruagem : Clique aqui para baixar este arquivo. 

Conector de célula de carga : Clique aqui para baixar este arquivo. 

Rail : Clique aqui para baixar este arquivo. 

Placas laterais : Clique aqui para baixar este arquivo. 

Braço deslizante : Clique aqui para baixar este arquivo. 

Top Clamp : Clique aqui para baixar este arquivo. 

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

O objetivo deste trabalho foi projetar e fabricar um carregador uniaxial econômico e confiável para seu uso com amostras em pequena escala, tais como tecidos e fibras. Um dispositivo foi construído que atendidos os requisitos estabelecidos, apesar de também ser flexível o suficiente no projeto para permitir novos anexos para ser fabricado como o usuário precisa crescer. Por exemplo, o dispositivo permitirá para o teste de espécimes de secos e molhados em uma configuração uniaxial ou fixo-final.

Passos críticos no projeto e na fabricação de qualquer dispositivo de carregamento incluem a consideração do material, os componentes comerciais (manutenção) e o desempenho e a flexibilidade do sistema. Usinagem de todos foi concluída em uma fábrica de padrão. Alumínio e plexiglas fornecem a rigidez necessária para o frame e dispositivos elétricos. Os componentes comerciais consistem em atuadores e o sistema de bloco ferroviário/transporte. Os atuadores mesmos são usados tanto para tensão e compressão. Estes atuadores funcionam bem em plataformas testes mecânicas, dadas que, quando eles estão no, mas não em uso, o poder do motor é interrompido para que o leadscrew não gera um torque e os actuadores não sobreaquecer. Além disso, o sistema de bloco ferroviário/carruagem fornece alinhamento e manutenção fácil. O sistema utiliza duas carruagens de parafuso de rolamento de esferas que ir junto o 15 mm (0,6 polegadas)-faixa larga. Uma carruagem é usada por placa lateral para conectar o atuador para o trilho. A assembleia tem uma capacidade de carga dinâmica 7800 N (1750 lb) e pode acomodar uma ampla gama de espécimes. As carruagens contenham reservatórios de óleo interno para manter a lubrificação. Os dispositivos elétricos Segurem a amostra para a plataforma durante o teste. Além de manter o espécime, os dispositivos elétricos anexar para o atuador, para que a extensão/retração do atuador aplica-se a carga para a amostra. Para acomodar uma ampla gama de espécimes que exigem ambientes diferentes, um design verticalmente ajustável permite que dispositivos elétricos ser baixada em um banho de água/mídia para testar. As serrilhas cortadas o plexiglass usando uma fresa de ângulo duplo (90°) criam 'dentes' que permitem um aumento apertando e segurando a força da amostra durante o teste. Na base do suporte é um slot horizontal que corre ao longo da largura da placa. O grampo serrilhado desliza na ranhura e é mantido no lugar com um parafuso. Por causa do slot tolerância [+ 0,0127 mm (0,0005 pol)], um único parafuso é suficiente para segurar o dispositivo elétrico enquanto o slot impede de torcer e mantém o alinhamento planar.

Se forem seguidos os princípios básicos de mecânicos do projeto, a máquina é robusta, e solução de problemas é mínima. Todos os componentes comerciais devem ser comprados depois de projetar o dispositivo, mas antes de fabricá-lo. Tendo as peças comerciais á mão do auxílio com a tomada de decisões e permite a medição física de dimensões e segmentos que podem variar desde aqueles especificados aqui. Se o dispositivo estiver a ser usado para o teste padrão, o dispositivo pode ser simplificada, eliminando grande parte da flexibilidade na sua concepção, tais como eliminar o ajuste da altura do dispositivo elétrico e faixa de comprimento.

Este sistema prevê não testes atualmente disponíveis em nosso laboratório em uma maneira cost-effective. Além disso, máquinas uniaxiais puras não são amplamente comercialmente disponíveis, então este dispositivo não duplicar desnecessariamente as tecnologias existentes. No entanto, nós aplicamos as técnicas de projeto simples e há várias maneiras de realizar o carregamento uniaxial puro; único é representado aqui. Dispositivos comerciais existem para carregamento biaxial planar, mas estas são custo proibitivo para fins de carregamento uniaxial.

A máquina de carregamento uniaxial puro veio para um custo total de cerca de US $4.000. Este preço foi resultado dos componentes comerciais (células de carga, controladores e atuadores). Usinagem de metal foi concluída em casa sem nenhum custo e o custo do material foi abaixo dos US $100. Estimamos que o tempo de usinagem foi cerca de 60 horas, com uma taxa de usinagem típica de cerca de US $75/ h, essencialmente, dobrar o preço. Mas, é importante para a máquina de metal o dispositivo, ao invés de imprime tridimensional (3D) de plástico. O quadro tem que ser suficientemente rígido para suportar a carga. Tendo em conta o quadro é aproximadamente de 1,25 cm (0,5 polegadas) de espessura, o quadro facilmente apoiaria espécimes 2 x - 3 x tão forte, adicionando a sua utilização futura. Por comparação, máquinas de carregamento comercial podem facilmente exceder US $100.000. No entanto, é importante notar que estas máquinas comerciais incorporam feedback que permite o controle de carga ou teste de controle de deslocamento. Esta plataforma utiliza o controle de deslocamento (movimento de atuador) e não é muito complicada. Os pesquisadores necessitam de teste mecânico irão encontrar que, com um pouco de esforço, eles podem desenvolver suas próprias plataformas de carregamento.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Os autores não têm nada para divulgar.

Acknowledgments

Este trabalho foi apoiado pelo NIDCR de saúde institutos nacionais [DE022664].

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Power supply, 24 V DC 2.5 A out, 100-240 V AC in, plug for North America  Zaber Technologies inc PS05-24V25
6 pin mini din-male to female PS/2 extension cable Zaber Technologies inc T-DC06
Stepper motor controller, 2 phase Zaber Technologies inc A-MCA
Linear actuator, NEMA size 11, 30 mm travel, 58 N maximum continuous thrust Zaber Technologies inc NA11B30
Corrosion resistant maintenance-Free Ball Bearing Carriages and Guide Rails McMaster-Carr 9184T31
6061-t6 Aluminum Stock McMaster-Carr NA
Plexiglas Stock McMaster-Carr NA
Canister load cell, 4.5N Honeywell Sensotec NA
USB to 6 pin mini-din Universal  NA

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. ASTM E4-16. Standard practices for force verification of testing machines. Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2016).
  2. ASTM E2309/E2309M-16. Standard practices for verification of displacement measuring systems and devices used in materials testing machines. Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2016).
  3. ASTM E2428-15a. Standard practice for calibration and verification of torque transducers. Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2015).
  4. ASTM E2624-17. Standard practice for torque calibration of testing machines. Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2017).
  5. ASTM C39 – Standard test method for compressive strength of cylindrical concrete specimens. Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2018).
  6. ASTM A370-17a. Standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products. Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2017).
  7. ASTM D4761-13. Standard test methods for mechanical properties of lumber and wood-base structural material. Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2013).
  8. Green, M. L., et al. Mechanical properties of cheese, cheese analogues and protein gels in relation to composition and microstructure. Food Structure. 5, (1), 169-192 (1986).
  9. ASTM D76/D76M-11. Standard specification for tensile testing machines for textiles. Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2011).
  10. Papini, M., Zdero, R., Schemitsch, E. H., Zalzal, P. The biomechanics of human femurs in axial and torsional loading: comparison of finite element analysis, human cadaveric femurs, and synthetic femurs. Journal of Biomechanical Engineering. 129, (1), 12-19 (2007).
  11. Poulet, B., et al. Intermittent applied mechanical loading induces subchondral bone thickening that may be intensified locally by contiguous articular cartilage lesions. Osteoarthritis and Cartilage. 23, (6), 940-948 (2015).
  12. Li, J., et al. Osteoblasts subjected to mechanical strain inhibit osteoclastic differentiation and bone resorption in a co-culture system. Annals of Biomedical Engineering. 41, (10), 2056-2066 (2013).
  13. Huang, A. H., et al. Design and use of a novel bioreactor for regeneration of biaxially stretched tissue-engineered vessels. Tissue Engineering. Part C, Methods. 21, (8), 841-851 (2015).
  14. Keyes, J. T., Haskett, D. G., Utzinger, U., Azhar, M., Van de Geest, J. P. Adaptation of a planar microbiaxial optomechanical device for the tubular biaxial microstructural and macroscopic characterization of small vascular tissues. Journal of Biomechanical Engineering. 133, (7), 075001 (2011).
  15. Brown, T. D. Techniques for mechanical stimulation of cells in vitro: A review. Journal of Biomechanics. 33, (1), 3-14 (2000).
  16. Zaber Technologies. Zaber Console software download. Available from: https://www.zaber.com/zaber-software (2018).
  17. King, J. D., York, S. L., Saunders, M. M. Design, fabrication and characterization of a pure uniaxial microloading system for biologic testing. Medical Engineering and Physics. 38, (4), 411-416 (2016).
  18. Saunders, M. M., Donahue, H. J. Development of a cost-effective loading machine for biomechanical evaluation of mouse transgenic models. Medical Engineering and Physics. 26, (7), 595-603 (2004).
Aplicação de aspectos do Design no desenvolvimento de máquina de carregamento Uniaxial
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Thoerner, R. P., King, J. D., Saunders, M. M. Application of Design Aspects in Uniaxial Loading Machine Development. J. Vis. Exp. (139), e58168, doi:10.3791/58168 (2018).More

Thoerner, R. P., King, J. D., Saunders, M. M. Application of Design Aspects in Uniaxial Loading Machine Development. J. Vis. Exp. (139), e58168, doi:10.3791/58168 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter