Waiting
Login processing...

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

Engineering

Toepassing van Design aspecten bij eenassige laden Machine ontwikkeling

doi: 10.3791/58168 Published: September 19, 2018

Summary

Hier presenteren we een protocol te ontwikkelen een pure eenassige loading machine. Kritische ontwerpaspecten werkzaam zijn om ervoor te zorgen nauwkeurige en reproduceerbare testresultaten.

Abstract

Computers worden uitgevoerd in termen van nauwkeurige en precieze mechanische testen, het continuüm. Overwegende dat commerciële platformen uitstekende nauwkeurigheid bieden, kunnen zij kosten-verbiedend, vaak geprijsd in de $100.000-200.000 dollar prijsklasse. Aan het andere uiterste zijn zelfstandige handmatige apparaten die vaak ontbreken herhaalbaarheid en nauwkeurigheid (bijvoorbeeld, een handmatige crank apparaat). Als een eenmalig gebruik wordt vermeld, is het echter overdreven engineering aan de bouw en de machine iets overdreven uitwerken. Toch zijn er gelegenheden waar machines zijn ontworpen en gebouwd huis om het bereiken van een motie niet haalbaar met de bestaande machines in het laboratorium. Beschreven in detail hier is een dergelijk apparaat. Het is een laadplatform waarmee pure eenassige laden. Standaard laden machines zijn meestal biaxial in dat lineaire laden langs de as vindt en roterende laden om de as. Tijdens het testen met deze machines, wordt een belasting toegepast op één uiteinde van het specimen terwijl het andere einde vast blijft. Deze systemen zijn niet geschikt voor het uitvoeren van de zuivere axiale testen waarin spanning/compressie even aan de uiteinden van het model wordt toegepast. Het platform ontwikkeld in dit document maakt het mogelijk gelijke en tegenovergestelde laden van specimens. Hoewel het kan worden gebruikt voor compressie, is hier de focus op het gebruik ervan in zuivere treksterkte laden. Het apparaat bevat commerciële meetcellen en actuatoren (movers) en, zoals het geval met machines in eigen huis gebouwd, een frame is machinaal te houden van de commerciële delen en de inrichtingen voor het testen.

Introduction

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

Mechanische testen heeft een interessante geschiedenis die kan worden teruggevoerd tot de testapparatuur die in het begin in de twintigste eeuw ontwikkeld door Stanley Rockwell hardheid. Terwijl technologie is gegroeid in de mate dat standaard, gedocumenteerde procedures alles van de verificatie van prestaties van de machine naar de richtsnoeren begeleiden voor de uitvoering van specifieke tests1,2,3, 4. vandaag, mechanische tests zijn uitgevoerd op alles van bouwmaterialen zoals beton, staal en hout tot voedsel en textiel producten5,6,7,8,9 . Gezien het feit dat het gebied van biomedische technologie en, meer in het bijzonder, biomechanica mechanische testen gebruiken, zijn laden machines gemeengoed in biomechanica labs.

Laden machines uitgevoerd van het bereik van de schaal in biomechanica. Als voorbeeld, kunnen grotere laden machines worden gebruikt voor full-body-effectstudies verrichten of menselijke femorale mechanische eigenschappen, terwijl kleinere laden machines kunnen worden gebruikt om te testen lymfkliertest botten of stimuleren van de cellen10,11, bepalen 12,13,14. Twee soorten laden machines zijn te vinden in het testlaboratorium; degenen die commercieel worden gekocht en degenen die door de gebruiker zijn gebouwd. Laden machines intern ontwikkeld zijn vaak favoriet voor hun personalisatie en aanpassing opties15.

In testen, is een specimen beveiligd in de machine zodat een verplaatsing kan worden toegepast, het genereren van een meetbare werking. Als de belasting wordt gebruikt als de drijvende feedback, is de test belasting-gecontroleerde; Als de verplaatsing wordt gebruikt als de drijvende feedback, is de test verplaatsing bestuurde. Laden machines, in het algemeen zijn gebaseerd op een frame dat een verhuizer op een vaste drager verbindt. Zo omvat testen in het algemeen één uiteinde van het specimen wegvloeien, terwijl het andere einde vast blijft.

Afgebeeld in Figuur 1 is een schets van een eenvoudige loading machine demonstreren de basisonderdelen. Fundamenteel belang voor alle laden machines is een base of frame. Overwegende dat de overgrote meerderheid van commerciële merken een vaste basis gebruiken, toont de tekening een platform waarmee planaire (XY) beweging. In dit geval is de krachtbron, de bovenarm, die houdt van een belasting-cel en wordt aangestuurd door een stappenmotor. Aangesloten op het frame zijn de armaturen die houden van het model en het dicteren van het type test die wordt uitgevoerd. Weergegeven in de tekening zijn drie-punt bocht armaturen. De bovenste armatuur (het één-loket) is gemonteerd aan de bewegende arm; de onderste armatuur (de dubbele contactpersoon) is op de stationaire base gemonteerd. Tijdens het testen rijdt de motor naar beneden de bovenste armatuur naar waar het contact center neemt het model. Als de contactpersoon zich het specimen bezighoudt, registreert de belasting-cel de toename in de weerstand of de kracht die op het model geplaatst.

Er zijn gelegenheden waar de machines zijn ontworpen en gebouwd huis om bereiken een motie niet haalbaar met de bestaande machines in het laboratorium. Hier beschrijven we in detail een dergelijk apparaat. Het is een laadplatform dat maakt pure eenassige specimen laden of gelijke en tegenovergestelde beweging aan beide uiteinden. Het apparaat bevat commerciële meetcellen en actuatoren (movers); een frame is machinaal te houden van de commerciële onderdelen en laden armaturen voor specimen testen. Inzicht in de basisprincipes van testen machinebouw kan helpen bij het ontwerpen van iemands eigen machine. We hebben de tekeningbestanden die we gemaakt als uitgangspunt bij de onderzoekers met de ontwikkeling van hun eigen machine. De video zal zich richten op de vergadering van het apparaat en de toepassing van mechanische ontwerpprincipes om de uitlijning en betrouwbare testen.

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

Opmerking: Het apparaat klaar is afgebeeld in Figuur 2. Het apparaat maakt pure eenassige testen van modellen in een horizontale positie.

1. de onderdelen

  1. Twee programmeerbare actuators met een 30 mm (1.2 inch) reizen per actuator staat verspreid over 60 mm (2.3 inch) als geprogrammeerd om pull/push samen voor te bereiden. Aangepast aan een verscheidenheid van potentiële toepassingen, selecteer actuatoren met een redelijke dwingen capaciteit [67 N (15 lb)], strekking [58 N (13 lb)], snelheid resolutie piek [0.9302 µm/s (0.00004 in / s)], en een unidirectionele nauwkeurigheid [25 µm (0,001 in)].
  2. Serieschakeling de actuatoren aan sync hen voor een gelijke toepassing van extensie/retractie.
  3. Bereiden van een 24 V-controller om de stuwende beweging om de bedieningssleutel; deze systemen kunnen een nauwkeurige lineaire beweging door de rotatie van een schroef, de leadscrew.
  4. Twee meetcellen met een capaciteit van de maximale kracht van 44,5 N (10 lb) voor te bereiden. Selecteer een laag profiel of busje-stijl laden die ideaal is voor kleine ruimtes.
  5. Het spoor/vervoer bloksysteem voor te bereiden. Bereiden van één spoor en twee rijtuigen; een te houden van elke actuator. Omdat staal roesten zal, selecteer roestvrij staal materiaal als het apparaat zal worden gebruikt voor materialen waarvoor hydratatie; voor alle andere doeleinden is staal aanvaardbaar.
    Opmerking: Vindt u een geëxplodeerde weergave voor het laadplatform met het spoor/vervoer blok in paars weergegeven in Figuur 3.

2. frame konstruktie

Opmerking: Voor verklarende doeleinden is het platform kleurcode in de afbeeldingen.

  1. Aluminium voorraad materiaal voor te bereiden. Selecteer aluminium voor de kosteneffectiviteit en het gemak van machinale bewerking. Bereiden van beide plaat en ' L'-vormige hoek voorraad.
  2. Voorraad materialen aan machine armaturen voor te bereiden. Selecteer plexiglas; het is sterk en lichtgewicht.

3. metalen Base en Side Plate (Frame) Assembly

  1. Snijd de grondplaat uit de voorraad van aluminium, ervoor te zorgen dat het is ongeveer 64 x 15 x 1.3 cm (25 x 6 x 0,5 inch). Opruimen van de randen in de molen en de grondplaat op de uiteindelijke afmetingen gesneden.
  2. Machine de plaat plat in de molen, volgens de specificaties van de aanvullende bestanden.
  3. Eerlijk zijn, om ervoor te zorgen het vliegtuig niveau.
  4. De machine van een track in de grondplaat aan het uitlijnen van de zijplaten met een tolerantie van 0.0126 mm (0.0005 inch).
  5. De machine van de zijplaten volgens specificaties van de aanvullende bestanden.
  6. Boren en tik op de zijplaten op hun onderz─│de.
  7. Monteer de zijplaten rechtop in de track.
  8. Zet vast de zijplaten op de grondplaat van onder (Figuur 4).

4. verbonden de vergadering spoor/vervoer aan het Frame

  1. De sporen van de machine in de voorzijde van elke kant plaat om de montage van de rail/vervoer vergadering volgens de specificaties in de tekening links (Figuur 5).
  2. Zet de rail aan de track via de goedkeuring gaten in het spoor via geboord en tikte gaten (zodat de schroeven van de #10-32) in elke kant plaat vast.

5. achterzijde Mount bevestiging van de actuatoren

  1. Machine van de achterzijde mount bijlagen uit de ' L'-vormige hoek voorraad volgens de specificaties van de aanvullende bestanden.
  2. De machine van een bar om te koppelen aan de onderkant van de berg om te dienen als een gleuf en rijden in de bewerkte track op het gezicht van de zijbekleding volgens de specificaties van de aanvullende bestanden. Schroef de bar in de onderkant van de berg.
  3. Boor een door gat in de base van de achterste berg voor de goedkeuring van de actuator.
  4. Sluit de achterste berg aan het lichaam van de bedieningssleutel via de gatenpatroon in de commerciële bedieningssleutel.
    Opmerking: Een van de redenen voor het maken van een achterste mount is te elimineren de noodzaak herhaaldelijk de bedieningssleutel hechten rechtstreeks aan het frame met behulp van de kleine #2 metrische schroeven die op de aandrijvingen voorraad komen. De mount elimineert de zorg van het strippen van de interne threads van de bedieningssleutel met herhaald gebruik.
  5. De groef van de voet van de berg te hechten de achterste actuator monteren aan de frame via twee schroeven.
  6. Boren en tik op een reeks van gaten (voor #10-32 schroeven) flankeren de track op het voorvlak van de zijplaten te voorzien van een verstelbare mount bijlage als het is wenselijk om exemplaren van verschillende grootte tegemoet te komen.

6. front Mount bevestiging van de actuatoren via connectoren

Opmerking: De front mount is een ' L'-vormige stuk dat de voorzijde van de bedieningssleutel aan het vervoer hecht. De bedieningssleutel is niet fysiek contact met de berg; hij hecht via een reeks van verbindingslijnen die vanaf de actuator-tip.

  1. Machine front mount bijlagen uit de ' L'-vormige hoek voorraad volgens de specificaties van de aanvullende bestanden.
  2. Boor een gat in de onderkant van de front mount voor de taps toelopende connector.
  3. Machine een track in de zijkant van de front mount voor een plaat.
  4. De machine van de plaat met een track aan de armaturen.
  5. Machine een aluminium, cilindrische connector volgens de specificaties in de tekening links. Deze adapter verbindt de belasting-cel met de actuator.
  6. Boren en tik op de connector voor een #2 metrische schroef aan de kant van de bedieningssleutel en een #6 metrische schroef op het einde van de cel belasting ter ondersteuning van de axiale montage en de uitlijning van de cel van de lading en de actuator.
  7. Herhaal deze procedure voor machine twee identieke connectors, één voor elke cel van de belasting.
  8. Machine een aluminium, kegelvormige, cilindrische connector volgens de specificaties in de tekening links. Deze adapter verbindt de belasting-cel met de armatuur en het vervoer.
  9. Boren en tik op de verbindingslijn om de verbinding van de cel schroefdraad belasting aan de ene kant.
  10. Passeren van de cilinder in het gat van de voorste actuator-mount en een stelschroef gebruiken om het einde van de cilinder te verankeren.
  11. Het dubbele van het systeem voor de linker- en actuatoren.
    Opmerking: zoals aangegeven in Figuur 6, zodra geassembleerd, de basis van de bedieningssleutel is strikt gekoppeld aan de zijbekleding. De voorzijde van de bedieningssleutel is gekoppeld aan het vervoer en, zoals de bedieningssleutel is uitgebreid en ingetrokken, het vervoer is geduwd en getrokken. Dit vormt het kader voor de armatuur gehechtheid en model laden.

7. armaturen

  1. De machine van de armaturen volgens de specificaties van de aanvullende bestanden (Figuur 7).
  2. Een centrale, verticale sleuf in de armatuur houder voor de hoogte van de machine.
  3. Bevestig de actuator front mounts aan de rechthoekige plaat met drie geboord en tikte gaatjes (geschikt voor #10-32 schroeven) verticaal uitgelijnd in het midden van de plaat.
  4. Verhogen of verlagen van de houder als dit nodig is, bijvoorbeeld als een zout bad om gehydrateerd te testen wordt gebruikt, en veilig met schroeven.

8. werkwijze:

  1. Download de software van de bedieningssleutel om de apparaat-16op afstand te beheren.
  2. Maak een koppeling tussen de computer en de 24 V-controller met een 6-pins mini-DIN man-naar-vrouw PS/2 verlengkabel; elke actuator-controller heeft twee 6-pins mini-DIN connector kabel koppelingen.
  3. Gebruik een USB-naar-6-pins mini-DIN-converter de actuatoren verbinden met een standaard computer; het conversieprogramma bevat één vrouwelijke 6-pins mini-DIN connector uiteinde en een USB-poort.
  4. Serieschakeling de actuatoren zodat een kabel van één computer volstaat voor de werking, of als alternatief, gebruik een HDMI-adapter in plaats van de USB-adapter.
  5. Sluit de actuatoren aan op de 24 V-voeding.
  6. Zodra aangesloten en aangedreven, selecteer de apparaten en aanpassen van de prestaties van de actuator.
  7. Anderzijds bepalen de actuatoren handmatig door de dial op elke stelaandrijving, die is handig voor de set-up.
    Opmerking: Deze software is van toepassing op elke standaard besturingssysteem. Met deze software kunnen de actuatoren worden verhuisde op verschillende snelheden naar een bepaalde afstand, gesynchroniseerd op een bepaalde afstand of gesynchroniseerd met elkaar om te gaan in unison.

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

Om te verifiëren of het gebruik van het systeem, werden actuator snelheid en prestaties tests uitgevoerd17. Deze tests bestond uit het meten van de bedieningssleutel snelheid en afstand ten opzichte van de invoerwaarden. Om te controleren of de steekproef reizen afstand nauwkeurigheid, werden de afstanden van de willekeurige reizen langs de schacht tussen 254-2540 µm (0,01 - 0.10 in) geselecteerd. Het apparaat was aan deze afstanden lopen en vergeleken met de werkelijke afstand gemeten met behulp van combinaties van de peilen blokken en feeler manometers. De gekozen afstanden waren vertegenwoordiger van de 1% - 10% belasting tarief dat wordt vaak gebruikt in het cellulaire testen. De resultaten voor de afstand test toonde een < 4% afwijking van de ingang.

Om de snelheid van de actuator test, werden random willekeurige snelheden gekozen die beslaan de actuator-mogelijkheden. De waarden van de snelheid varieerde van 1-28.000 µm/s (0.00004 - 1.1 in / s). Deze snelheid was het vervolgens vergeleken met de berekende snelheid van het apparaat door het instellen van een afstand en timing actuator beweging. Voor de test van de snelheid, de bedieningssleutel zou het voltooien van een volledige cyclus van uitbreiding en inkrimping. Uit deze test, de snelheid van de bedieningssleutel bleek te zijn binnen een 10% afwijking van de ingang. Alle testresultaten had een r2 waarde van > 0.999. Om te controleren of dat de actuatoren deed niet oververhit raken, was elke actuator gefietst met zijn maximale snelheid en afstand. De temperatuur is vervolgens opgenomen elke 5 min voor 1 h en bleek te zijn, nooit overschrijden 39.9 ° C. Alle validatie tests werden uitgevoerd ten minste 3 x.

Om te testen van de prestaties, werd het pure eenassige apparaat in de vaste-end-configuratie gebruikt en vergeleken met de testresultaten uit onze bestaande laadplatform die ook in-house18werd ontwikkeld. Tien 2-0 hechtingen werden getest te mislukken in beide machines. De hechtingen waren geknoopt met drie knopen om te creëren een riser stress in het midden van het monster en doorschakelen van de stress van de armaturen. Een meter lengte van 25,4 mm (1,0 inch) werd gebruikt in combinatie met een densiteit van 0.61 mm/s (0.024 in / s). Dezelfde test vervolgens werd uitgevoerd met de bestaande laden machine, waar de snelheid van de bedieningssleutel werd verdubbeld tot 1,22 mm/s (0.048 in / s) om te compenseren voor de enkele actuator. Alle testen werd voltooid met behulp van 44,5 N (10 lb) meetcellen. Bovendien, werd pure eenassige testen om te controleren of geen verschillen tussen de relatieve uiteinden voltooid. Een typische hechtdraad perceel wordt gegeven in Figuur 8. De grijze stippellijn geeft de resultaten van het zuivere eenassige apparaat in vergelijking met de zwarte stippellijn van de bestaande vaste-eindapparaat.

In alle tests, de hechtingen is mislukt op de knoop. De metingen uit stijfheid, maximale laden en verplaatsing bij falen toonde geen statistische verschil tussen de twee machines voor p < 0.05. Zodra het was vastbesloten dat de apparaten statistisch soortgelijke resultaten opgeleverd, zijn verdere tests uitgevoerd. Sutuur (geologie) materiaaleigenschappen verkregen met behulp van het zuivere eenassige apparaat in de zuivere en vaste-end configuraties waren niet statistisch verschillend17.

Figure 1
Figuur 1: eenvoudige laden machine voorzien van een drie-punt buigende competitieprogramma. Het ontwerp omvat vlakke beweging langs de X- en Y-axes, toe te voegen aan de veelzijdigheid van de machine. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2: verzonnen apparaat weergegeven (boven) met zijn computer model tegenhanger (onderkant). Het eenassige machineonderdelen zijn vervaardigd uit aluminium. Een solide model is gebruikt tijdens de planningsfasen van het apparaat. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3: een geëxplodeerde weergave voor het laadplatform met het spoor/vervoer blok in paars weergegeven. De commerciële rijtuigen en gids spoor zorgen voor de uitlijning en op-as beweging. De geëxplodeerde weergave illustreert het gebruik van schroeven in de vergadering van de machine. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4: de zijplaten gemonteerd in de track van de grondplaat. De zijplaten vastmaken aan de grondplaat via de bodem van het voetstuk. Zoals te zien in de figuur, hebben de voorste gezichten van de zijplaten een machinaal track die geschikt is voor het spoor. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5: spoor en vervoer systeem in paars gemarkeerd. Het spoor/vervoer blok bestaat uit twee kogellager rijtuigen waarmee soepel glijden langs de rail. In vergadering koppelt het blok aan de voorzijde van de zijplaten terwijl het machinaal spoor zorgt voor de uitlijning. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6: vergadering tekening van het apparaat laden. Van de bedieningssleutel front mount is aangesloten op het spoor en de extensie/intrekking van de bedieningssleutel tip beweegt het model. Het spoor/vervoer blok wordt in paars; de actuator mounts (voor- en achterzijde) worden weergegeven in het roze; de verbindingslijnen worden weergegeven in het rood; de armaturen zijn weergegeven in geel. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 7
Figuur 7: de klemmen van plexiglas wrijving op een verticale, slotted track. De opneming van een slotted track voorziet in de verticale uitlijning en gebruiken met een milieu bad (niet afgebeeld). Als u wilt toestaan voor deze aanpassing, de stelschroeven kunt verhogen en verlagen van de track. De linker afbeelding toont de uitgelichte armatuur vergadering vanaf de voorzijde; de juiste afbeelding toont de armatuur vergadering vanaf de achterkant. Om het model grip, zijn getande tanden machinaal in de klemmen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 8
Figuur 8: Load-verplaatsing gegevens uit een hechtdraad test De grafiek is een complot van de curve van een belasting-verplaatsing van een hechtdraad getest te mislukken. Sutuur (geologie) is een vezel en hier gebruikt om aan te tonen de typische vorm van de curve van een mislukking. Als het fabriceren van een machine, bindgaren of garens kan worden vervangen door een vergelijkbaar resultaat. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Actuator Front Mount: Klik hier om dit bestand te downloaden. 

Actuator Mount : Klik hier om dit bestand te downloaden. 

Baseren plaat : Klik hier om dit bestand te downloaden. 

Onder klem : Klik hier om dit bestand te downloaden. 

Vervoer : Klik hier om dit bestand te downloaden. 

Load cel Connector : Klik hier om dit bestand te downloaden. 

Spoor : Klik hier om dit bestand te downloaden. 

Zijplaten : Klik hier om dit bestand te downloaden. 

Schuifregelaar Arm : Klik hier om dit bestand te downloaden. 

Top klem : Klik hier om dit bestand te downloaden. 

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

Het doel van dit werk was voor het ontwerpen en fabriceren van een rendabele en betrouwbare eenassige loader voor het gebruik ervan met kleinschalige exemplaren zoals weefsels en vezels. Een apparaat werd dat voldoet aan de eisen en tegelijkertijd flexibel genoeg in ontwerp te maken voor nieuwe bijlagen worden vervaardigd als de gebruiker moet groeien uiteengezet gebouwd. Het apparaat kan bijvoorbeeld voor het testen van droge en natte specimens in een eenassige of vaste-end configuratie.

Kritische stappen in het ontwerp en de fabricage van elk apparaat laden zijn de behandeling van het materiaal, de commerciële onderdelen (onderhoud), en de prestaties en flexibiliteit van het systeem. Alle machinale bewerking werd afgerond op een standaard molen. Aluminium en plexiglas zorgen voor de nodige stijfheid voor het frame en de armaturen. De commerciële onderdelen bestaan uit actuatoren en het spoor/vervoer bloksysteem. De dezelfde aandrijvingen worden gebruikt voor zowel de spanning als de compressie. Deze aandrijvingen werken goed in mechanische testen platformen, gezien het feit dat, als zij op maar niet in gebruik, de macht aan de motor wordt gestopt zodat de leadscrew geen een koppel genereert en de actuatoren doen niet oververhit raken. Bovendien biedt het bloksysteem spoor/vervoer uitlijning en een gemakkelijk onderhoud. Het systeem maakt gebruik van twee kogellagers schroef rijtuigen die rijden langs de 15 mm (0.6 in)-grote spoorbreedte. Een vervoer wordt gebruikt per kant plaat de bedieningssleutel verbinden met de spoorstaaf. De vergadering heeft een dynamische belastbaarheid voor 7800-N (1750 lb) en is geschikt voor een breed scala van specimens. De rijtuigen bevatten interne olie reservoirs te handhaven smering. De armaturen houdt het model aan het platform tijdens het testen. Naast het houden van het model, hechten de armaturen aan de bedieningssleutel, zodat de extensie/intrekking van de bedieningssleutel belasting met het model van toepassing is. Om een breed scala van specimens die verschillende omgevingen vereisen zou, maakt een verticaal verstelbare ontwerp armaturen worden verlaagd in een bad van water/media voor het testen. De vertanding in het plexiglas met behulp van een kotter met dubbele hoek (90°) gesneden maken 'tanden', waarmee een verhoogde klemmen en sterkte van het specimen bedrijf tijdens het testen. Is een horizontale slot loopt langs de breedte van de plaat aan de voet van de houder. De getande klem dia's in de sleuf en wordt gehouden in plaats met een schroef. Vanwege de sleuf tolerantie [+ 0.0127 mm (0.0005 inch)] volstaat een enkele schroef houdt de armatuur terwijl de sleuf het uit draaien houdt en vlakke uitlijning onderhoudt.

Als de mechanische grondbeginselen van het ontwerp worden gevolgd, de machine is robuust, en oplossen van problemen is minimaal. Alle commerciële onderdelen moeten worden gekocht na het ontwerpen van het apparaat, maar voordat het fabriceren. Gelet op de commerciële onderdelen op hand wil hulp met de besluitvorming en zorgt voor de fysieke meting van de afmetingen en threads die van de hier opgegeven afwijken kunnen. Als het apparaat moet worden gebruikt voor het testen van de standaard, het apparaat kan worden vereenvoudigd doordat veel van de flexibiliteit in het ontwerp, zoals het elimineren van de verstelbaarheid van de armatuur hoogte en lengte bijhouden.

Dit systeem voorziet niet momenteel beschikbaar in ons lab testen op een kosteneffectieve manier. Bovendien, pure eenassige machines zijn niet algemeen verkrijgbare, zodat dit apparaat nog niet onnodig het voorkomen van bestaande technologieën. Echter wij eenvoudig ontwerptechnieken hebben toegepast en er zijn verschillende manieren om te bereiken van pure eenassige laden; enige is hier vertegenwoordigd. Commerciële apparaten bestaan voor vlakke biaxial laden, maar dit zijn de kosten-verbiedend voor eenassige laden doeleinden.

De zuivere eenassige laden machine kwam tot een totale kostprijs van ongeveer $4.000. Deze prijs was een gevolg van de commerciële onderdelen (actuatoren, controllers en meetcellen). In-house kosteloos metaal bewerking werd voltooid en de materiële kosten was onder $100. Wij schatten dat de machinale bewerking tijd was ongeveer 60 uur met een typische verspanen tarief van over $75/ h, in wezen een verdubbeling van de prijs. Maar het is belangrijk om metalen machine het apparaat in plaats van driedimensionale (3-D) uitprinten van kunststof. Het frame heeft stijf genoeg ter ondersteuning van het laden. Gezien het frame is ongeveer 1,25 cm (0,5 inch) dik, het frame zou steun gemakkelijk exemplaren 2 x - 3 x zo sterk, toe te voegen aan zijn toekomstig gebruik. Ter vergelijking: commerciële laden machines kunnen gemakkelijk meer dan $100.000. Het is echter belangrijk op te merken dat deze commerciële machines nemen feedback waarmee belasting-control of verplaatsing-control testen. Dit platform maakt gebruik van verplaatsing besturingselement (actuator beweging) en is niet al te ingewikkeld. Onderzoekers nodig mechanische testen vindt dat ze met een beetje inspanning, hun eigen laden platformen kunnen ontwikkelen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Dit werk werd gesteund door de nationale instituten gezondheid NIDCR [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).
Toepassing van Design aspecten bij eenassige laden Machine ontwikkeling
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