Applicazione degli aspetti di progettazione nello sviluppo della macchina di carico uniassiale
Summary
Qui presentiamo un protocollo per sviluppare una macchina di puro carico uniassiale. Aspetti di progettazione critici sono impiegati per garantire risultati test accurati e riproducibili.
Abstract
In termini di prove meccaniche accurate e precise, le macchine funzionano il continuum. Considerando che le piattaforme commerciali offrono eccellente precisione, possono essere costi proibitivi, spesso un prezzo nella fascia di prezzo $100.000 – $200.000. A altro estremo sono dispositivi stand-alone manuale che spesso mancanza di ripetibilità e precisione (ad esempio, un dispositivo manuale a manovella). Tuttavia, se è indicato un uso singolo, è sovra-ingegneria progettazione e macchina qualcosa di eccessivamente elaborati. Tuttavia, ci sono occasioni dove le macchine sono progettate e costruite internamente per compire un movimento non raggiungibile con le macchine esistenti in laboratorio. Uno di questi dispositivi è descritto in dettaglio qui. È una piattaforma di caricamento che consente di puro carico uniassiale. Macchine di caricamento standard sono in genere biassiale in quanto carico lineare si verifica lungo l’asse e carico rotante attorno all’asse. Durante i test con queste macchine, è applicato un carico a un’estremità del provino mentre l’altra estremità rimane fissa. Questi sistemi non sono in grado di condurre test assiale puro in cui trazione/compressione si applica ugualmente alle estremità dei campioni. La piattaforma sviluppata in questa carta consente l’uguale e contraria caricamento degli esemplari. Mentre può essere utilizzato per la compressione, qui il focus è sul suo uso nella pura trazione carico. Il dispositivo incorpora celle di carico commerciale e attuatori (motori) e, come è il caso con macchine costruite internamente, una cornice è lavorata per tenere le parti commerciali e gli impianti per il test.
Introduction
Prove meccaniche ha una storia interessante che può essere fatta risalire al apparecchiatura sviluppata da Stanley Rockwell nei primi del Novecento di collaudo di durezza. Mentre la tecnologia è cresciuta al punto che le pratiche standard, documentate tutto guidano dalla verifica delle prestazioni della macchina per le linee guida per lo svolgimento di test specifici1,2,3, 4. oggi, prove meccaniche sono eseguite su tutto, dai materiali da costruzione come cemento, acciaio e legno per alimentari e tessili prodotti5,6,7,8,9 . Dato che i campi di ingegneria biomedica e, più specificamente, biomeccanica utilizzano prove meccaniche, macchine di caricamento sono all’ordine del giorno nei laboratori di biomeccanica.
Carico macchine esegue l’intervallo di scala in biomeccanica. Ad esempio, macchine di carico più grandi possono essere utilizzati per condurre studi di impatto di tutto il corpo o determinare le proprietà meccaniche femorale umano, durante il caricamento più piccola macchine possono essere utilizzati per testare le ossa murine o stimolare cellule10,11, 12,13,14. Due tipi di macchine di caricamento si trovano nel laboratorio di analisi; quelli che vengono acquistati in commercio e quelli creati dall’utente. Macchine di caricamento sviluppati internamente sono spesso favoriti per loro opzioni per la personalizzazione e la personalizzazione15.
In fase di test, un campione è fissato nella macchina affinché possa essere applicato uno spostamento, generando una forza misurabile. Se il carico viene utilizzato come il feedback di guida, la prova è a carico controllato; Se lo spostamento viene utilizzato come il feedback di guida, il test è di spostamento-controllato. Macchine di caricamento, in generale, sono costruiti su un telaio che si connette un mover a un supporto fisso. Come tale, test in genere comporta un’estremità del provino viene spostato mentre l’altra estremità rimane fissa.
Illustrato nella Figura 1 è uno schizzo di una macchina di caricamento semplice dimostrando le sue componenti fondamentali. Fondamentale per tutte le macchine di caricamento è una base o un frame. Considerando che la stragrande maggioranza dei marchi commerciali utilizza una base fissa, il disegno rappresenta una piattaforma che permette il movimento di planare (XY). Il mover, in questo caso, è il braccio che tiene una cella di carico ed è azionato da un motore passo-passo. Fissato al telaio sono gli apparecchi che tenere l’esemplare e determinano il tipo di test che viene eseguito. Mostrato nel disegno sono apparecchi di tre punti curva. Il fissaggio superiore (singolo contatto) è montato su braccio mobile; il fissaggio del fondo (il doppio contatto) è montato alla base del ferma. Durante il test, il motore aziona l’apparecchio superiore verso il basso per cui il contatto centrale si impegna l’esemplare. Come il contatto si aggancia l’esemplare, la cella di carico registra l’aumento nella resistenza o la forza imposti l’esemplare.
Ci sono occasioni dove le macchine sono progettate e costruite internamente per compire un movimento non raggiungibile con le macchine esistenti in laboratorio. Qui descriviamo in dettaglio uno di questi dispositivi. È una piattaforma di carico che consente puro monoassiale caricamento del provino o uguale e contraria del movimento ad entrambe le estremità. Il dispositivo incorpora celle di carico commerciale e attuatori (motori); un frame è lavorato per tenere le parti commerciali e gli impianti di caricamento per campione test. Comprendere i principi fondamentali della costruzione di macchine test possono aiutare nella progettazione della propria macchina. Abbiamo fornito i file di disegno che abbiamo creato come punto di partenza per assistere i ricercatori con il loro proprio sviluppo della macchina. Il video si concentrerà sull’Assemblea del dispositivo e l’applicazione dei principi di progettazione meccanica per garantire l’allineamento e prove affidabili.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’obiettivo di questo lavoro era di progettare e fabbricare un caricatore monoassiale affidabile e conveniente per l’uso con campioni su piccola scala come tessuto e fibre. Un dispositivo è stato costruito che soddisfaceva i requisiti stabiliti mentre anche essere abbastanza flessibile nella progettazione per consentire nuovi allegati da fabbricati come l’utente ha bisogno di crescere. Ad esempio, il dispositivo vi permetterà per la prova dei campioni di asciutti e bagnati in una configurazione monoassiale o fisso-fine…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato dalla nazionale istituti salute NIDCR [DE022664].
Materials
| 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 |
References
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