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Engineering

Application des Aspects de la conception dans le développement de Machine uniaxiale

doi: 10.3791/58168 Published: September 19, 2018

Summary

Nous présentons ici un protocole visant à développer une machine de pure uniaxiale. Aspects de conception critiques sont employées pour s’assurer des résultats de tests précis et reproductibles.

Abstract

En ce qui concerne les essais mécaniques exactes et précises, les machines fonctionnent le continuum. Alors que les plates-formes commerciales offrent excellente précision, ils peuvent être coûteux, souvent au prix dans la fourchette de prix de $ 100 000 - $ 200 000. A l’autre extrême sont des appareils manuels autonomes qui souvent manque de répétabilité et précision (par exemple, un dispositif manuel de manivelle). Toutefois, si une seule utilisation est indiquée, c’est trop technique à la conception et de la machine, quelque chose de trop d’élaborer. Néanmoins, il y a des occasions où les machines sont conçus et construits en interne pour accomplir une requête non réalisable avec les machines existantes dans le laboratoire. Décrit en détail ici, est un tel dispositif. C’est une plate-forme de chargement qui permet uniaxiale pure. Machines de chargement standard sont généralement biaxiales car chargement linéaire se produit le long de l’axe et rotatif chargement se produit autour de l’axe. Au cours des essais avec ces machines, une charge est appliquée à une extrémité de l’échantillon tandis que l’autre extrémité reste fixe. Ces systèmes ne sont pas capables de mener des essais axiale pure dans laquelle de traction/compression est appliquée également jusqu’aux extrémités de l’échantillon. La plate-forme développée dans cet article permet l’égale et opposée de chargement d’échantillons. Alors qu’il peut être utilisé pour la compression, ici l’accent sur son utilisation en pure traction charge. Le dispositif incorpore commercial capteurs et actionneurs (déménageurs) et, comme c’est le cas avec les machines réalisées en interne, un cadre est usiné pour tenir les pièces commerciales et les montages d’essai.

Introduction

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Essais mécaniques a une histoire intéressante qui remonte à l’équipement développé par Stanley Rockwell au début du XXe siècle d’essai de dureté. Alors que la technologie a augmenté dans la mesure où des pratiques standards et documentés tout guident de la vérification des performances de la machine aux lignes directrices pour la réalisation de tests spécifiques1,2,3, 4. aujourd'hui, les essais mécaniques sont effectuées sur tout, des matériaux comme le béton, l’acier et bois, alimentaire et textile produits5,6,7,8,9 de construction . Étant donné que les domaines du génie biomédical et, plus précisément, la biomécanique utilisent les essais mécaniques, machines de chargement sont monnaie courante dans les laboratoires de la biomécanique.

Chargement des machines à exécuter la gamme de balance en biomécanique. À titre d’exemple, les grandes machines de chargement peuvent être utilisés pour mener des études d’impact sur tout le corps ou déterminer les propriétés mécaniques humaines fémorales, pendant le chargement de petite machines peuvent être utilisées pour tester les os murins ou stimuler les cellules10,11, 12,13,14. Deux types de chargement des machines sont trouvent dans le laboratoire d’essais ; ceux qui sont achetés dans le commerce et ceux qui sont générés par l’utilisateur. Chargement de machines développées en interne sont souvent favorisés pour leurs options de personnalisation et personnalisation15.

Dans les essais, un spécimen est attaché dans la machine permettant un déplacement peut être appliqué, générant une force mesurable. Si la charge est utilisée comme les réactions motrices, le test est charge contrôlée ; Si le déplacement est utilisé comme le feedback de conduite, le test est contrôlée par déplacement. Chargement des machines, en général, sont construits sur un châssis qui relie un déménageur à un support fixe. Ainsi, généralement, le test consiste à une extrémité de l’échantillon étant déplacé tandis que l’autre extrémité reste fixe.

Illustré à la Figure 1 est un croquis d’une machine de chargement simple démontrant ses composantes essentielles. Fondamentale pour toutes les machines de chargement est une base ou un cadre. Alors que la grande majorité des marques commerciales utilise une base fixe, le dessin représente une plate-forme qui permet un mouvement planaire (XY). Le mover, dans ce cas, est le bras qui tient un peson et est entraîné par un moteur pas à pas. Fixé au châssis sont les luminaires qui détiennent le spécimen et dictent le type de test est exécuté. Indiqué sur le dessin sont trois points de coude. L’armature supérieure (le contact unique) est monté sur le bras de mouvement ; le montage du bas (le double contact) est monté à la base stationnaire. Au cours des essais, le moteur actionne l’armature supérieure vers le bas à où le centre de contact s’engage le spécimen. Lorsque le contact s’engage le spécimen, le peson enregistre l’augmentation dans la résistance ou la force placée sur le spécimen.

Il y a des occasions où les machines sont conçus et construits en interne pour accomplir une requête non réalisable avec les machines existantes dans le laboratoire. Ici, nous décrivons en détail un tel dispositif. C’est une plate-forme de chargement qui permet pur spécimen uniaxiale chargement ou égale et opposée de mouvement aux deux extrémités. Le dispositif incorpore commercial capteurs et actionneurs (déménageurs) ; un cadre est usiné pour tenir les pièces commerciales et des accessoires de chargement pour échantillon test. Comprendre les principes fondamentaux de la construction de machine test peut aider à la conception de sa propre machine. Nous avons fourni les fichiers de dessin, nous avons créé comme point de départ pour aider les chercheurs à leur propre développement de la machine. La vidéo se concentrera sur l’ensemble du dispositif et l’application des principes de conception mécanique pour assurer l’alignement et des tests fiables.

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Protocol

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Remarque : Le dispositif fini est montré dans la Figure 2. Le dispositif permet des essais uniaxiaux pure de spécimens en position horizontale.

1. les composants

  1. Préparer deux actionneurs programmables avec un voyage de 30 mm (1,2 po) par vérin capable de s’étendant sur 60 mm (2,3 po) lorsque programmée pour tirer/pousser ensemble. Pour accommoder une variété d’utilisations potentielles, certains vérins ayant une raisonnable force capacité [67 N (15 lb)], Poussée [58 N (13 lb)], la résolution de la vitesse de pointe [0.9302 µm/s (0,00004 in / s)] et d’une précision unidirectionnelle [25 µm (0,001 po)].
  2. Chaîner les actionneurs pour les synchroniser pour une application égale d’extension/rétraction.
  3. Préparer un contrôleur de 24 V pour fournir la motion conduite à l’actionneur ; ces systèmes permettent un mouvement linéaire précis par la rotation de la vis, la patronne.
  4. Préparer deux cellules de pesage d’une capacité de force maximale de 44,5 N (10 lb). Sélectionnez un profil bas ou charge de boîte métallique de style qui est idéale pour les espaces confinés.
  5. Préparer le système de bloc/transport par voie ferrée. Préparer un rail et deux chariots ; une pour tenir chaque actionneur. Parce que l’acier se rouillera, sélectionnez inox matériau si l’appareil sera utilisé pour les matériaux nécessitant une hydratation ; pour toutes autres fins, l’acier est acceptable.
    Remarque : Une vue éclatée de la plate-forme de chargement avec le bloc de transport par voie ferrée/montré en violet est fournie à la Figure 3.

2. charpente

Remarque : À des fins explicatives, la plateforme est un codage par couleur dans les graphiques.

  1. Préparer le matériel roulant en aluminium. Sélectionnez en aluminium pour son rapport coût/efficacité et facilité d’usinage. Préparer deux plaques et ' stock en forme de L' angle.
  2. Préparer le stock matière aux lampadaires de la machine. Sélectionnez plexiglass ; Il est fort tout en légèreté.

3. métal de Base et côté plaque (cadre)

  1. Couper la plaque de base de la crosse en aluminium, en s’assurant que c’est environ 64 x 15 x 1,3 cm (25 x 6 x 0,5 po). Nettoyer les bords dans le moulin et couper la plaque de base à ses dimensions finales.
  2. La plaque plane dans le moulin, la machine selon les spécifications fournies dans les fichiers supplémentaires.
  3. Avouons-le, assurant que le plan est de niveau.
  4. La machine une piste dans la plaque de base pour aligner les plaques latérales avec une tolérance de 0,0126 mm (0,0005 po).
  5. Les plaques latérales selon les spécifications fournies dans les fichiers supplémentaires à la machine.
  6. Percer et tarauder les flasques sur leur face inférieure.
  7. Montez les plaques latérales verticalement dans la piste.
  8. Fixer les plaques latérales à la semelle du dessous (Figure 4).

4. fixer le Rail/chariot au châssis

  1. Pistes de machine dans la face avant de la plaque de chaque côté pour permettre le montage de l’assemblage/transport ferroviaire conformément aux spécifications indiquées dans les liens de dessin (Figure 5).
  2. Fixez le rail à la piste par le biais de l’apurement des trous dans le rail via percés et taraudés trous (pour accueillir les vis #10-32) dans chaque assiette de côté.

5. arrière de la monture des actionneurs

  1. Accessoires de fixation arrière de la machine le ' stock en forme de L' angle selon les spécifications fournies dans les fichiers supplémentaires.
  2. Un bar à fixer au bas de la monture pour servir de logement de clavette et de le monter dans le rail usiné sur le visage de la plaque latérale selon les spécifications fournies dans les fichiers supplémentaires à la machine. Visser la barre dans le bas de la monture.
  3. Percer un trou dans la base de la monture arrière pour le dédouanement de l’actionneur.
  4. Fixer le support arrière sur le corps de l’actionneur via le modèle de trou dans l’actionneur commerciale.
    Remarque : Une raison pour faire un montage arrière est d’éliminer la nécessité de joindre à plusieurs reprises l’actionneur directement sur le cadre avec les petites vis métriques #2 qui viennent des actions sur les actionneurs. Le Mont élimine le souci de dépouiller les filets internes de l’actionneur avec une utilisation répétée.
  5. Fente à la base de la monture pour fixer le montage de l’actionneur arrière sur les châssis par deux vis.
  6. Percer et tarauder une série de trous (pour accueillir les vis #10-32) bordant la piste sur la face avant des plaques latérales pour permettre une monture réglable si il est souhaitable d’accueillir les spécimens de tailles variables.

6. avant de monture des actionneurs via connecteurs

Remarque : L’attelage frontal est une « pièce en forme de L' qui s’attache à l’avant de l’actionneur au transport. L’actionneur ne contacte pas physiquement la monture ; Il fixe via une série de connecteurs qui s’étendent de la pointe de l’actionneur.

  1. Accessoires de montage avant de la machine le ' stock en forme de L' angle selon les spécifications fournies dans les fichiers supplémentaires.
  2. Percer un trou dans la base de la monture avant d’accueillir le raccord conique.
  3. Une piste du côté de la monture avant d’accueillir une plaque de la machine.
  4. Machine la plaque avec une piste pour accueillir les appareils.
  5. La machine un aluminium, connecteur cylindrique conformément aux spécifications indiquées dans les dessin de liens. Cet adaptateur connecte le capteur à l’actionneur.
  6. Percer et tarauder le connecteur pour une vis métrique #2 sur la fin de l’actionneur et une vis métrique #6 sur la fin de cellule de charge pour prendre en charge le montage axial et l’alignement de la cellule de pesage et l’actionneur.
  7. Répétez cette procédure pour deux connecteurs identiques, une pour chaque cellule de charge de la machine.
  8. Machine d’aluminium, conique, cylindrique connecteur selon les spécifications indiquées dans les dessin de liens. Cet adaptateur connecte à la cellule de pesage pour le montage et le transport.
  9. Percer et tarauder le connecteur à la connexion de cellule de charge fileté à une extrémité.
  10. Passez le cylindre dans le trou de la monture avant actionneur et une vis de réglage permet d’ancrer les extrémités du cylindre.
  11. Dupliquer le système pour les actionneurs des droite et à gauche.
    Remarque : comme le montre la Figure 6, une fois assemblé, la base de l’actionneur est fixée de façon rigide à la plaque latérale. Le front de l’actionneur est attaché à la distribution et, comme l’actionneur est étendu et rétractée, le chariot est poussé et tiré. Cela fournit un cadre pour la fixation du luminaire et le spécimen de chargement.

7. accessoires

  1. La machine les appareils selon les spécifications fournies dans les fichiers complémentaires (Figure 7).
  2. Un emplacement central, vertical dans le support de fixation pour tenir compte de la hauteur de la machine.
  3. Fixez les supports avant de vérin à la plaque rectangulaire avec trois trous percés et taraudés (pour accueillir les vis #10-32) alignés verticalement dans le centre de la plaque.
  4. Soulever ou abaisser le support tant que de besoin, par exemple, si un bain de solution saline pour les essais hydraté est utilisé et fixer avec les vis.

8. mode opératoire :

  1. Télécharger le logiciel d’actionneur pour contrôler à distance l' appareil16.
  2. Créer un lien entre l’ordinateur et le contrôleur de 24 V avec un câble d’extension PS/2 mini-din 6 broches mâle-femelle ; chaque contrôleur actionneur a deux liens de câble de connecteur mini-din 6 broches.
  3. Utilisez un convertisseur de USB-à 6 broches mini-din pour connecter les actionneurs à un ordinateur standard ; le convertisseur contient une extrémité du connecteur femelle mini-din à 6 broches et un port de connexion USB.
  4. Chaîner les vérins afin qu’un câble d’ordinateur unique est suffisant pour l’exploitation, ou vous pouvez également utiliser un adaptateur HDMI à la place de l’adaptateur USB.
  5. Connecter les actionneurs au bloc d’alimentation 24 V.
  6. Une fois branché et sous tension, sélectionnez les périphériques et personnaliser les performances de l’actionneur.
  7. Vous pouvez également contrôler les actionneurs manuellement par le cadran sur chaque déclencheur, qui est utile pour la mise en place.
    Remarque : Ce logiciel s’applique à n’importe quel système d’exploitation standard. Avec ce logiciel, les actionneurs peuvent être déplacés à vitesses variables à une distance définie, synchronisés à une distance définie ou synchronisés entre eux pour se déplacer à l’unisson.

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Representative Results

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Afin de vérifier l’utilisation du système, actionneur des tests de vitesse et les performances ont été réalisées17. Ces essais ont consisté à mesurer la vitesse de l’actionneur et la distance en comparaison avec les valeurs d’entrée. Pour vérifier l’exactitude de distance de voyage échantillon, distances à parcourir arbitraire le long de l’axe entre 254-2540 µm (0,01 - 0,10 po) ont été sélectionnés. L’appareil a été exécuté à ces distances et par rapport à la distance réelle, mesurée à l’aide de combinaisons de blocs de jauge et de jauges d’épaisseur. Les distances choisies étaient représentatifs de la vitesse de déformation de 1 à 10 % qui est couramment utilisée dans les tests cellulaires. Les résultats pour l’épreuve de la distance a montré une entorse < 4 % l’entrée.

Pour tester la vitesse de l’actionneur, vitesses arbitraires au hasard ont été choisis qui enjambent les capacités de l’actionneur. Les valeurs de vitesse variaient de 1-28 000 µm/s (0,00004 - 1.1 in / s). Cette vitesse a ensuite été comparée à la vitesse calculée de l’appareil en définissant un calendrier actionneur motion et distance. Pour le test de vitesse, l’actionneur permettrait d’achever un cycle complet de l’extension et la contraction. De cet essai, la vitesse de l’actionneur s’est avérée dans un écart de 10 % de l’apport. Tous les résultats des tests avaient une valeur2 r> 0,999. Pour vérifier que les actionneurs ne pas surchauffer, chaque actionneur a pédalé avec sa vitesse maximale et la distance. La température a été enregistrée puis toutes les 5 min pendant 1 h et s’est avérée ne dépassez jamais 39,9 ° C. Tous les tests de validation ont été effectués au moins 3 x.

Pour tester ses performances, le dispositif uniaxial pur dans la configuration de l’encastrement a été utilisé et contre les résultats du test de notre plate-forme de chargement existant qui a été également développé interne18. Dix des sutures de 2-0 ont été testés jusqu'à la rupture sur les deux ordinateurs. Les sutures ont été noués avec trois nœuds afin de créer une concentration de contraintes dans le milieu de l’échantillon et de détourner la contrainte des fixtures. Une longueur entre repères de 25,4 mm (1,0 po) a été utilisée avec un taux de charge de 0,61 mm/s (0,024 en / s). Le même test est ensuite effectué avec la machine de chargement existants, où la vitesse de l’actionneur a été doublé, passant à 1,22 mm/s (0,048 in / s) afin de compenser l’actionneur unique. Tous les essais a été réalisée à l’aide de capteurs de pesage 44,5 N (10 lb). En outre, essais uniaxiaux pure a été effectuée pour ne vérifier aucune différence entre les extrémités relatives. Un terrain typique de suture est fourni à la Figure 8. La ligne pointillée grise représente les résultats de l’appareil uniaxiale pure par rapport à la ligne pointillée noire de l’appareil d’encastrement existant.

Dans tous les tests, les sutures a échoué au noeud. Chargement les mesures consistant en rigidité maximale et déplacement à la rupture ont montré aucune différence statistique entre les deux machines pour p < 0,05. Une fois qu’on a déterminé que les dispositifs ont donné des résultats statistiquement similaires, davantage de tests ont été effectués. Propriétés des matériaux obtenues en utilisant le dispositif uniaxial pur dans les configurations pures et encastrement suture n’étaient pas statistiquement différentes17.

Figure 1
Figure 1 : chargement Simple machine équipée d’un appareil de flexion trois-points. La conception incorpore planaire mouvement le long du X et y, ajoutant à la polyvalence de la machine. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : dispositif fabriqué montré (en haut) avec son homologue de modèle de l’ordinateur (en bas). Les composants de la machine uniaxiale sont fabriqués à partir d’aluminium. Un modèle solide est utilisé durant les étapes de planification de l’appareil. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : vue éclatée de la plate-forme de chargement avec le bloc de transport par voie ferrée/montré en violet. Les voitures commerciales et le rail de guidage s’assurer que la motion d’alignement et dans l’axe. La vue éclatée illustre l’utilisation de vis dans l’ensemble de la machine. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4 : les plaques latérales montées dans la voie de la plaque de base. Les plaques latérales se fixer sur la plaque de base à travers le fond de la base. Comme on le voit sur la figure, la face avant des plaques latérales ont une piste usinée qui accueille le rail. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 5
Figure 5 : système ferroviaire et de transport a mis en évidence en violet. Le bloc de transport par voie ferrée/se compose de deux chariots de billes qui permettent lisse glisse le long du rail. Dans l’Assemblée, le bloc se monte à l’avant des plaques latérales tandis que la piste usinée assure l’alignement. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 6
Figure 6 : schéma de l’appareil de chargement de montage. Attelage frontal de l’actionneur est fixé au rail et l’extension/rétraction de la pointe de l’actionneur se déplace l’échantillon. Le bloc/transport par voie ferrée est indiqué en violet ; les montures de l’actionneur (avant et arrière) sont indiqués en rose ; les connecteurs sont indiquées en rouge ; les montages sont indiqués en jaune. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 7
Figure 7 : colliers de Plexiglass friction sur une trajectoire verticale, fendue. L’incorporation d’une piste fendue permet l’alignement vertical et l’utiliser avec un bain environnemental (non illustré). Pour permettre cet ajustement, les vis de fixation sont utilisés pour monter et descendre la piste. L’image de gauche montre l’Assemblée éclatée de l’appareil par l’avant ; l’image de droite montre l’Assemblée de l’appareil par l’arrière. Pour serrer le spécimen, dents crénelées sont usinées sur les pinces. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 8
Figure 8 : données de déplacement de charge d’un test de la suture Le graphique est un tracé d’une courbe de charge / déplacement d’une suture testée jusqu'à la rupture. Suture est une fibre et utilisé ici pour démontrer la forme typique d’une courbe d’échec. Si la fabrication d’une machine, ficelle ou fil pourrait se substituer à un résultat similaire. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Vérin montage avant : S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier. 

Actionneur monter : S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier. 

Plaque de base : S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier. 

Collier bas : S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier. 

Transport : S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier. 

Connecteur du capteur : S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier. 

Chemin de fer : S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier. 

Plaques latérales : S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier. 

Bras de curseur : S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier. 

Collier haut : S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier. 

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Discussion

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L’objectif de ce travail a été de concevoir et fabriquer un chargeur uniaxial rentable et fiable pour son utilisation avec petits échantillons tels que les tissus et fibres. Un dispositif a été construit qui satisfait aux exigences énoncées tout en étant suffisamment souples dans la conception permettant de nouvelles pièces jointes à être fabriqué comme l’utilisateur a besoin de grandir. Par exemple, le dispositif permettra l’analyse des échantillons secs et humides dans une configuration uniaxiale ou encastrement.

Les étapes essentielles dans la conception et la fabrication de tout dispositif de chargement comprennent l’examen de la matière, les pièces commerciales (entretien) et de la performance et la flexibilité du système. Usinage de tous a été achevée dans un laminoir de standard. Aluminium et plexiglass fournissent la rigidité nécessaire pour le cadre et les luminaires. Les composants commerciaux sont des actionneurs et le système de bloc/transport par voie ferrée. Les actionneurs mêmes sont utilisés pour la traction et de compression. Ces vérins fonctionnent bien dans des plates-formes de tests mécaniques étant donnés que, quand ils sont sur, mais pas en cours d’utilisation, l’alimentation électrique du moteur est interrompue alors que la patronne ne génère pas un couple et les actionneurs ne surchauffent pas. En outre, le transport par voie ferrée/bloc système prévoit l’alignement et l’entretien facile. Le système utilise deux chariots de vis de roulement à billes qui circulent le long de la 15 mm (0,6 in)-piste large. Un chariot est utilisé par plaque latérale pour connecter l’actionneur au rail. L’Assemblée a une capacité de charge dynamique de 7800 N (1 750 lb) et peut accueillir une large gamme de spécimens. Les voitures contiennent des réservoirs de pétrole interne pour maintenir la lubrification. Les montages de tenir le spécimen à la plate-forme au cours des essais. En plus de détenir le spécimen, les montages de lier à l’actionneur, afin que l’extension/rétraction de l’actionneur applique la charge de l’échantillon. Pour accueillir une large gamme d’échantillons qui exigerait des environnements différents, un design réglables permet de montages pour être abaissée dans un bain d’eau/médias pour les tests. Les dentelures coupées en plexiglas à l’aide d’un cutter double angle (90°) créent « dents » qui permettent une fixation accrue et tenant l’effectif de l’échantillon au cours des essais. À la base du titulaire est une fente horizontale le long de la largeur de la plaque. La pince dentelée dans la fente et est maintenue en place avec une vis. En raison de la tolérance de slot [+ 0,0127 mm (0,0005 po)], une seule vis est suffisante pour tenir l’appareil tandis que la fente empêche de torsion et maintient l’alignement planaire.

Si l'on suivis les principes mécaniques de base de la conception, la machine est robuste et dépannage est minime. Toutes les pièces commerciales devraient être achetés après la conception de l’appareil, mais avant il fabriquer. Vu les pièces commerciales sur la volonté de la part de l’aide à la prise de décision et permet la mesure physique de dimensions et de threads qui peuvent différer de ceux précisés ici. Si le dispositif doit être utilisé pour le test standard, le dispositif peut être simplifié en éliminant une grande partie de la flexibilité dans sa conception, comme l’élimination du réglage de la hauteur de l’appareil et la longueur des voies.

Ce système prévoit des tests ne pas actuellement disponibles dans notre laboratoire de façon rentable. En outre, machines uniaxiales pures ne sont pas largement commercialisés, donc ce dispositif ne duplique pas inutilement les technologies existantes. Cependant, nous avons appliqué les techniques de conception simple et il existe plusieurs façons d’accomplir uniaxiale pure ; seul est représenté ici. Les appareils commerciaux existent pour chargement biaxiale planaire, mais ce sont prohibitifs pour des fins uniaxiale.

La machine pure uniaxiale est venu à un coût total d’environ 4 000 $. Ce prix est le résultat des composantes commerciales (actionneurs, régulateurs et capteurs de pesage). Usinage métal a été achevée en interne sans frais et le coût du matériel était inférieur à 100 $. Nous estimons que le temps d’usinage a été d’environ 60 heures avec un taux d’usinage typique d’environ 75 $/ h, doublant en fait le prix. Mais, il est important de métal machine le périphérique plutôt qu’en trois dimensions (3d) imprimer à partir de plastique. Le cadre doit être suffisamment rigide pour supporter le chargement. Compte tenu de la trame est environ 1,25 cm (0,5 po) d’épaisseur, le cadre serait facilement supporter spécimens 2 x - 3 x aussi forte, ajoutant à son utilisation future. Par comparaison, machines de chargement commercial peuvent facilement dépasser 100 000 $. Cependant, il est important de noter que ces machines commerciales intègrent de rétroaction qui permet le contrôle de la charge ou de tests de contrôle de déplacement. Cette plateforme utilise le contrôle du déplacement (mouvement de l’actionneur) et n’est pas trop compliquée. Les chercheurs ayant besoin d’essais mécaniques trouveront que, avec un peu d’effort, ils peuvent développer leurs propres plateformes de chargement.

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Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Ce travail a été soutenu par la National instituts de santé 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

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Application des Aspects de la conception dans le développement de Machine uniaxiale
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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).

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