Waiting
Login processing...

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

Engineering

יישום של עיצוב היבטים בפיתוח מכונות העמסה Uniaxial

doi: 10.3791/58168 Published: September 19, 2018

Summary

כאן אנו מציגים פרוטוקול לפתח מכונה טעינה uniaxial טהור. היבטים קריטיים עיצוב מועסקים כדי להבטיח תוצאות בדיקה לשחזור ומדויקים.

Abstract

מבחינת ומדויקים בדיקות מכניות, מכונות להפעיל את הרצף. ואילו פלטפורמות מסחריות מציעות דיוק מעולה, הם יכולים להיות שאבטחה, לעתים קרובות במחיר בטווח מחיר של 100,000 דולר - 200,000$. בקצה השני הם מכשירים ידניים עצמאי הזה לעיתים קרובות חוסר הדיר ודיוק (למשל, קראנק מכשיר ידני). עם זאת, אם שימוש אחד מסומן, זה יתר הנדסה עיצוב, מכונת משהו להרחיב יתר על המידה. למרות זאת, ישנם מקרים בו מכונות מתוכננים ובנויים בתוך הארגון לבצע תנועה לא ניתן להשגה באמצעות המכונות הקיימים במעבדה. מתוארות בפרוטרוט כאן הוא התקן אחד כזה. זוהי פלטפורמה טעינה המאפשרת טעינה uniaxial טהור. מכונות העמסה רגיל בדרך כלל הם biaxial טעינה ליניארי מתרחשת לאורך הציר כולל טעינת רוטרי מתרחשת על הציר. במהלך הבדיקה עם המכונות האלה, עומס מוחל על קצה אחד של הדגימה, בעוד הצד השני נשאר קבוע. מערכות אלו אינם מסוגלים עורכים בדיקות צירית טהור שבו המתח/דחיסה מוחל באופן שווה בקצוות הדגימה. פלטפורמת פיתחה נייר זה מאפשר את השוויון ואת ההיפך טעינה של דגימות. בזמן זה יכול לשמש עבור דחיסה, כאן המוקד על השימוש בו טהור מתיחה בטעינה. המכשיר משלב טען מסחרי תאים ומפעילים אלקטר (הובלות), כפי שקורה עם מכונות בתוך הארגון, מסגרת הוא במכונה כדי להחזיק את החלקים מסחרי ואביזרי לבדיקה.

Introduction

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

בדיקות מכניות יש היסטוריה של מעניין זה יכול להיות נעוצים קשיות בדיקות ציוד שפותחה על ידי סטנלי רוקוול בתחילת המאה ה-20. בעוד הטכנולוגיה גדלה כך נהלים סטנדרטיים, מתועדת מדריך הכל מהאימות של מכונת ביצועים הנחיות ביצוע בדיקות ספציפיות1,2,3, 4. כיום, מכני הבדיקות נערכות על כל דבר, החל חומרי בניין כגון בטון, פלדה ועץ מזון וטקסטיל מוצרי5,6,7,8,9 . בהתחשב בכך בתחומי הנדסה ביו-רפואית, ליתר דיוק, ביומכניקה, משתמשות בדיקות מכניות, מכונות העמסה הם דבר שבשגרה במעבדות ביומכניקה.

טעינת מכונות להפעיל את הטווח של סולם ביומכניקה. לדוגמה, מכונות העמסה גדול יותר ניתן להשתמש כדי לנהל מחקרים בעלי השפעה גוף מלא או לקבוע תכונות מכניות הירך אנושי, בזמן טעינת קטנות יותר המכונות יכול לשמש לבדיקת עצמות מאתר או לעורר תאים10,11, 12,13,14. שני סוגים של טעינת מכונות נמצאים במעבדה הבדיקה; אלה שנרכשו מסחרית ואלה שכבר נבנו על-ידי המשתמש. טעינת מכונות שפותחו הם לעיתים קרובות המועדף שלהם התאמה אישית, התאמה אישית אפשרויות15.

בדיקות, הדגימה מאובטח במכונה כך יכול להיות מיושם לעקירה, יצירת כוח מדיד. אם המטען משמש את המשוב נהיגה, המבחן הוא עומס מבוקר; אם המנוע משמש את המשוב נהיגה, המבחן הוא שבשליטת העקירה. טעינת מכונות, באופן כללי, בנויים על מסגרת המתחברת mover תמיכה קבועה. ככזה, בדיקה בדרך כלל כרוך קצה אחד של הדגימה מועברים בעוד הצד השני נשאר קבוע.

המוצג באיור 1 היא שרטוט של מכונה העמסה פשוטה הממחיש את הרכיבים הבסיסיים שלה. הבסיסית כל מכונות העמסה הוא בסיס או מסגרת. בעוד הרוב המכריע של מותגים מסחריים, משתמשות בסיס קבוע, הציור מתאר פלטפורמה המאפשרת מישורי תנועה (XY). מצביע התזוזה, במקרה זה, הוא הזרוע מחזיקה את תא המטען, הוא מונע על ידי מנוע stepper. מחוברים למסגרת הם גופי אשר להחזיק את הדגימה ולהכתיב את סוג המבחן המופעל. בציור מוצגות גופי בנד 3 נקודות על כל שטח התקליטור. הנורה העליון (הקשר יחיד) מותקן על זרוע נעה; הנורה התחתון (הקשר הכפול) נטענה לבסיס נייח. במהלך הבדיקה, המנוע נוסע הנורה העליון כלפי מטה כדי איפה הקשר מרכז עוסקת הדגימה. הקשר עוסקת הדגימה, תא המטען מקליט העלייה בהתנגדות או הכוח שמונח הדגימה.

ישנם מקרים בו מכונות מתוכננים ובנויים בתוך הארגון לבצע תנועה לא ניתן להשגה באמצעות המכונות הקיימים במעבדה. כאן נתאר בפירוט כזה מכשיר אחד. זה פלטפורמה טעינה הדגימה uniaxial טהור מאפשר, טעינה או שוויון ולא ההפך תנועה בשני קצותיו. המכשיר משלב טען מסחרי תאים ומפעילים אלקטר (הובלות); מסגרת במכונה כדי להחזיק את החלקים מסחרי ואביזרי טעינה עבור הדגימה בדיקות. הבנת העקרונות הבסיסיים של בניית מכונת בדיקות יכול לסייע בתכנון מכונה של כל אחד. סיפקנו קבצי ציור יצרנו כנקודת התחלה כדי לסייע חוקרים עם פיתוח המכונה משלהם. הוידאו יתמקד ההרכבה של ההתקן לבין היישום של עקרונות תכנון מכאני כדי להבטיח יישור ובדיקה אמינה.

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

הערה: המכשיר המוגמר מוצג באיור2. המכשיר מאפשר בדיקה uniaxial טהור של דגימות במצב אופקי.

1. מרכיבים

  1. להכין שני מפעילים לתכנות עם נסיעה 30 מ מ (1.2 פנימה) לכל למפעיל מסוגל המתפרסות על-פני 60 מ מ (2.3 ב) כאשר מתוכנתת דחיפה/משיכה ביחד. כדי להתאים מגוון רחב של שימושים פוטנציאליים, בחר מפעילים שיש סביר לכפות קיבולת [67 N (15 ליברות)], שיא דחף [58 N (13 ליברות)], מהירות רזולוציה [0.9302 מיקרומטר/s (0.00004 ב / s)], והדיוק של כיווני [25 מיקרומטר (0.001 ב)].
  2. דייזי שרשרת מפעילים לסנכרן אותם עבור יישום שווה של הרחבה/הכחשה.
  3. להכין בקר V 24 כדי לספק את התנועה נהיגה כדי במפעיל; מערכות אלו מאפשרות תנועה ליניארי מדויק על ידי סיבוב בורג, leadscrew.
  4. להכין שני תאים עומס עם קיבולת כוח מרבי של 44.5 N (10 ליברות). בחר פרופיל נמוך או עומס מיכל בסגנון האידיאלי עבור מקומות סגורים.
  5. להכין את המערכת לחסום רכבת/עגלה. הכנת רכבת אחת, שתי עגלות; אחד להחזיק כל למפעיל. כי פלדה מחליד, בחר חומר פלדת אם ההתקן תשתמש עבור חומרים שדורשים הידרציה; למטרות אחרות, מקובל פלדה.
    הערה: תצוגה מורחבת לרציף ההעמסה מחסום רכבת/עגלה שמוצג סגול מסופק באיור3.

2. בניית

הערה: לצורך הסבר, פלטפורמת מסומן בצבע בגרפיקה.

  1. להכין חומר מניות אלומיניום. בחר אלומיניום עבור עלות האפקטיביות שלה קלות עיבוד שבבי. להכין צלחת שני, "L' בצורת זווית מניות.
  2. להכין מלאי חומרי ואביזרי מחשב. בחר פלקסיגלס; . זה חזק בזמן קל משקל

3. מתכת בסיס והרכבה צלחת (מסגרת) בצד

  1. חותכים את צלחת הבסיס מן המלאי אלומיניום, מוודא שזה כ 64 x 15 x 1.3 ס מ (25 x 6 x 0.5). לנקות את הקצוות בתוך הטחנה ולהגיע הבסיס המידות הסופיות שלה.
  2. מכונת לצלחת שטוחה בתוך הטחנה, בהתאם למפרטים הניתנים הקבצים משלימה.
  3. . תודה בזה, המבטיח שהמטוס הוא רמת
  4. מכונת מסלול המשקולת הבסיסית כדי ליישר את הצלחות בצד עם סובלנות של 0.0126 מ מ (0.0005 פנימה).
  5. מכונת הלוחות לצד בהתאם למפרט שנקבע בתוך הקבצים משלימה.
  6. תרגיל והקש על הלוחות בצד על הפנים התחתון שלהם.
  7. הר הלוחות לצד זקופה על המסלול.
  8. הדקו את הצלחות בצד ללוחית התחתונה מ מתחת (איור 4).

4. הצמדת את מכלול רכבת/עגלה למסגרת

  1. מכונת שירים לתוך הפנים הקדמי של כל צלחת בצד כדי לאפשר את ההרכבה של ההרכבה רכבת/עגלה בהתאם למפרטים הניתנים הקישורים הציור (איור 5).
  2. הדקו את המעקה למסלול דרך האישור חורים המסילה דרך קדח וטפח על חורים (כדי להכיל את הברגים #10-32) כל צלחת בצד.

5. אחורי מצורף הר של מפעילים

  1. מכונה הר האחורי מצורפים מ ' L' בצורת זווית מניות בהתאם למפרטים הניתנים הקבצים משלימה.
  2. מכונת בר לצרף לתחתית ההר כדי לשמש keyway וסעו במסלול במכונה על פני הלוח בצד בהתאם למפרטים הניתנים הקבצים משלימה. בורג הבר לתוך החלק התחתון של ההר.
  3. לקדוח חור עד למרגלות ההר אחורי לעמילות למפעיל.
  4. לצרף את הר האחורי מהגוף למפעיל באמצעות הדפוס חור במפעיל מסחרי.
    הערה: אחת הסיבות להכנת הר האחורי היא כדי לבטל את הצורך לצרף שוב ושוב במפעיל ישירות על המסגרת באמצעות #2 קטנים מטרי הברגים שמגיעים בבורסת מפעילים. ההר מבטלת את הדאגה של החשפנות את חוטי פנימי במפעיל עם שימוש חוזר.
  5. חריץ למרגלות ההר כדי לצרף את ההר למפעיל אחורי מסגרת באמצעות שני הברגים.
  6. תרגיל והקש על סדרה של חורים (כדי להכיל את הברגים #10-32) איגוף המסלול על פאת החזית של הלוחות בצד כדי לאפשר מצורף הר מתכווננת אם רצוי כדי להכיל את דגימות בגדלים שונים.

6. קבלה מצורף הר של המחברים באמצעות מפעילים

הערה: ההר הקבלה היא ' החתיכה L' בצורת מייחסת את החזית במפעיל לכרכרה. במפעיל פיזית לא פנה ההר; זה צירוף באמצעות סדרה של מחברים המרחיבים מהקצה למפעיל.

  1. מכונת קבצים מצורפים קבלה הר מ ' L' בצורת זווית מניות בהתאם למפרטים הניתנים הקבצים משלימה.
  2. קודחים חור בתוך הבסיס של ההר קבלה כדי להכיל את המחבר מחודדות.
  3. מכונת מסלול בצד של ההר קבלה כדי להכיל את צלחת.
  4. מכונת לצלחת עם רצועה כדי להכיל את גופי.
  5. מכונת של אלומיניום, מחבר גלילי בהתאם למפרטים הניתנים הקישורים הציור. מתאם זה מתחבר לתא המטען במפעיל.
  6. תרגיל והקש על המחבר בורג מטרי #2 בקצה למפעיל, בורג מטרי #6 בקצה תא המטען כדי לתמוך צירית הרכבה יישור של תא המטען, למפעיל.
  7. חזור על תהליך זה לייצר שני מחברים זהים, אחד עבור כל תא המטען.
  8. מכונת אלומיניום, צמצום, מחבר גלילי בהתאם למפרט שנקבע הקישורים הציור. מתאם זה מתחבר לתא המטען הנורה ואת הכרכרה.
  9. תרגיל והקש על המחבר החיבור תא עומס משורשרות בקצה אחד.
  10. להעביר את הצילינדר לתוך החור של ההר למפעיל קבלה ולהשתמש בורג ההידוק לעגן סוף צילינדר.
  11. לשכפל את המערכת עבור מפעילים ימין ועל שמאל.
    הערה: כפי שמוצג באיור 6, פעם התאספו, הבסיס של מפעיל נוקשה מחובר לצלחת בצד. החזית במפעיל מחובר לעגלה, כמו במפעיל מורחב מההצעה, הכרכרה הוא דחף ומשך. זה מספק המסגרת קבועה מצורף של הדגימה טעינה.

7. פרזול

  1. מכונת גופי בהתאם למפרטים הניתנים הקבצים משלימה (איור 7).
  2. מכונת חריץ מרכזי, אנכי ב בעל מקבע כדי להתאים את הגובה.
  3. צרף למפעיל קבלה שנותן לצלחת מלבני עם שלושה חורים מסועף, מצותתים (כדי להכיל את הברגים #10-32) מיושר אנכית במרכז הצלחת.
  4. להעלות או להוריד המחזיק במקרה הצורך, לדוגמה, אם אמבט מלוחים לבדיקת רטוב משמשת ואבטח אותו עם ברגים.

8. הליך הפעלה:

  1. הורד את התוכנה למפעיל לשלוט מרחוק בהתקן ה-16.
  2. יצירת קישור בין המחשב לבין בקר V 24 עם שישה פינים mini-din זכר לנקבה PS/2 בכבל מאריך; לכל בקר למפעיל יש שני קישורים כבל מחבר mini-din 6 פינים.
  3. השתמש ממיר USB-ל-6 פינים mini-din להתחבר מפעילים את מחשב רגיל; הממיר מכיל קצה אחד של המחבר 6 פינים הנשי mini-din, חיבור usb.
  4. דייזי שרשרת מפעילים כך כבל מחשב יחיד מספיקה עבור הפעולה, או לחלופין, להשתמש מתאם HDMI במקום מתאם ה-USB.
  5. להתחבר מפעילים את הזרם V 24 שעות ביממה.
  6. ברגע מחובר ומופעל, בחר את ההתקנים ולהתאים את הביצועים למפעיל.
  7. לחלופין, לשלוט מפעילים את באופן ידני על-ידי החיוג על כל מפעיל, אשר שימושית הסידור.
    הערה: תוכנה זו ישימה לכל מערכת הפעלה סטנדרטית. בעזרת תוכנה זו, מפעילים להעביר במהירויות משתנות לכל מרחק קבועים, המסונכרן ממרחק קבוע או מסונכרנות אחד לשני כדי להזיז שבסיר.

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

על מנת לוודא את השימוש במערכת, בדיקות מהירות וביצועים למפעיל היו מתקיימות17. בדיקות אלה כללה מדידת מרחק לעומת ערכי הקלט ומהירות למפעיל. כדי לוודא דיוק מרחק הנסיעה לדוגמה, נבחרו שרירותיים מרחקים לאורך הפיר בין 254-2540 מיקרומטר (0.01 - 0.10 in). המכשיר היה לרוץ מרחקים אלה, לעומת המרחק בפועל נמדדו באמצעות שילובים של בלוקים מד ומדידים מוחש. המרחקים שנבחרו היו נציג של קצב זן 1%-10% המשמש בדרך כלל בבדיקת הסלולר. התוצאות עבור מרחק הבדיקה הראו סטייה < 4% מן הקלט.

כדי לבדוק את המהירות למפעיל, נבחרו אקראית במהירויות שרירותי זה להקיף את היכולות למפעיל. הערכים מהירות נע בין 1-28,000 מיקרומטר/s (0.00004 - 1.1 ב / s). מהירות זו השוו למהירות המחושבת של ההתקן על-ידי הגדרת המרחק ותנועה למפעיל תזמון. עבור הבדיקה מהירות, במפעיל ישלימו אחד מחזור שלם של ההרחבה והכיווץ. במבחן הזה, מהירות בוכנה נמצאה תוך סטייה 10% הקלט. כל תוצאות הבדיקות היה ערך2 rשל > 0.999. כדי לוודא שמפעילים לא לחמם יותר מדי, כל מפעיל היה רכב על אופניים עם מהירות מירבית, מרחק. הטמפרטורה מכן הוקלט כל 5 דקות לשעה, נמצאה אף פעם לא תעלה על 39.9 מעלות צלזיוס. בוצעו בדיקות אימות כל x לפחות 3.

כדי לבדוק את הביצועים שלו, המכשיר uniaxial טהור בתצורה קבועה-end נוצל ואת בהשוואה לתוצאות הבדיקה של הפלטפורמה הטעינה שלנו קיים, אשר פותחה גם ללא צורך במיקור חוץ18. התפרים 2-0 10 נבדקו לכישלון, הן מכונות. התפרים היו ומסוקסות עם שלושה קשרים על מנת ליצור כרטיס הגבהה מתח באמצע המדגם, להסיט את הלחץ של גופי. מד אורך 25.4 מ מ (1.0 פנימה) שימש עם קצב הטעינה של 0.61 מ מ/s (0.024 ב / s). אותו הניסוי בוצע ואז עם המכונה הטעינה הקיים, שבו המהירות למפעיל הוכפל ל- 1.22 מ מ/s (0.048 ב / s) כדי לפצות על מפעיל יחיד. כל הבדיקות הושלמה באמצעות 44.5 N (10 ליברות) טען תאים. בנוסף, בדיקות uniaxial טהור הושלמה לאמת אין כל הבדל בין הקצוות היחסי. מגרש תפר טיפוסי מסופק באיור8. הקו המקווקו אפור מייצג תוצאות מהמכשיר uniaxial טהור, לעומת קו מנוקד שחור מהמכשיר קבוע-קצה הקיים.

ב כל הבדיקות, התפרים נכשל בכל הקשר. המדידות המורכב של נוקשות, מרבית לטעון ולאחר העקירה שבראש הראו הבדל סטטיסטי בין שתי מכונות עבור p < 0.05. ברגע נקבע שהמכשירים הניבו תוצאות דומות מבחינה סטטיסטית, נערכה בדיקה נוספת. תפר תכונות חומר שהושג באמצעות המכשיר uniaxial טהור בתצורות טהור וסיום קבוע לא היו שונים מבחינה סטטיסטית17.

Figure 1
איור 1: מכונות העמסה פשוטה מצוידים עם אביזר כיפוף השלשה. העיצוב משלב מישורי תנועה לאורך X -, Y-axes, הוספת צדדיות של המכונה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2: מפוברק התקן המוצג (למעלה) עם המקביל דגם המחשב (למטה). הרכיבים מכונת uniaxial מיוצרים מאלומיניום. דגם אחיד מנוצל במהלך תכנון של המכשיר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3: תצוגה מורחבת לרציף ההעמסה מחסום רכבת/עגלה שמוצג סגול. עגלות מסחרי מדריך רכבת על מנת להבטיח את התנועה על ציר והיישור. תצוגה מורחבת מדגים את השימוש ברגים הרכבה של המכונה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4: הלוחות לצד רכוב על המסלול צלחת הבסיס. הלוחות לצד להדק ללוחית התחתונה דרך החלק התחתון של הבסיס. כפי שניתן לראות באיור, הפנים הקדמי של הלוחות בצד יש מסלול במכונה המכיל את המעקה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5: מערכת רכבת וכרכרה מודגשים בסגול. הרחוב רכבת/עגלה מורכב שתי עגלות מיסב כדורי המאפשרים חלקה דאייה לאורך המסילה. בהרכבה, לחסום טעינת בחזית הצלחות בצד בעוד המסלול במכונה מבטיח את היישור. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 6
איור 6: הרכבה ציור של המכשיר בטעינה. הר קבלה במפעיל מחוברת למעקה ועובר הסיומת/הכחשה של הקצה למפעיל את הדגימה. הרחוב רכבת/עגלה מוצג בסגול; שנותן למפעיל (מלפנים ומאחור) מוצגות באיור ורוד; המחברים מוצגים באדום; גופי מוצגים בצהוב. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 7
איור 7: חיכוך פלקסיגלס מלחציים במסלול אנכי, המחורץ. שילוב של רצועה המחורץ מאפשר היישור האנכי ולהשתמש עם אמבט סביבתיים (לא מוצג). כדי לאפשר התאמה זו, משמשים את הברגים קבע מעלים ומורידים את המסלול. התמונה השמאלית מראה את מכלול מקבע מופרדת מן החזית; התמונה הנכון מציגה את מכלול מקבע מאחור. לתפוס את הדגימה, שיניים הן במכונה לתוך המלחציים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 8
איור 8: נתוני עומס-הזחה כשהילדים בתפר הגרף הוא מגרש של עיקול עומס-תזוזה של התפר נבדק לכישלון. תפר הוא סיב ומשמשת פה כדי להדגים את צורת העקומה כשל טיפוסי. אם בדיית מכונה, חוטים או חוט יכול שיוחלפו לקבלת תוצאה דומה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

הר קבלה למפעיל: אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ. 

למפעיל הר : אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ. 

אסדר : אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ. 

התחתון קלאמפ : אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ. 

כרכרה : אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ. 

עומס תא רבחמ : אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ. 

רכבת : אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ. 

לוחות צד : אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ. 

המחוון הזרוע : אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ. 

מהדק העליון : אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ. 

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

מטרת עבודה זו היתה לעצב לפברק טוען uniaxial חסכוני ואמין, לשימוש עם דגימות בקנה מידה קטן כגון רקמות וסיבים. התקן נבנה פגשתי את הדרישות שנקבעו גם בעת היותו גמיש מספיק בעיצוב כדי לאפשר החדש מצורפים כדי להיות מפוברק כפי שהמשתמש צריך לגדול. לדוגמה, המכשיר יאפשר לבדיקה של דגימות רטובה ויבשה בתצורת uniaxial או קבוע-end.

שלבים קריטיים בעיצוב, ייצור של כל מכשיר הטעינה כוללים השיקול של החומר, הרכיבים מסחרי (תחזוקה), הביצועים והגמישות של המערכת. כל עיבוד שבבי הושלמה על מפעל סטנדרטי. אלומיניום פלקסיגלס מספקים את הנוקשות הדרושים כדי להפוך את מסגרת גופי. הרכיבים מסחריות מורכבות מפעילים ומערכת בלוק רכבת/עגלה. מפעילים אותו משמשים עבור מתח והן דחיסה. מפעילים אלה פועלות היטב פלטפורמות בדיקות מכניות בהתחשב בכך, כאשר הם על אך לא בשימוש, כוח המנוע נעצרו, כך leadscrew אינו יוצר מומנט מפעילים לא לחמם יותר מדי. יתר על כן, המערכת לחסום רכבת/עגלה מספקת יישור ותחזוקה נוחה. המערכת משתמשת שתי עגלות בורג מיסב כדורי כי הנסיעה לאורך 15 מ מ (0.6 ב)-מסלול רחב. עגלה אחת משמשת לכל צד הצלחת להתחבר למפעיל את המעקה. מכלול בעל קיבולת עומס דינמי N (1750 ליברות) 7800, יכול להכיל מגוון רחב של דוגמאות. המרכבות מכילים שמן פנימי מאגרים כדי לשמור על שימון. גופי להחזיק את הדגימה פלטפורמת במהלך הבדיקה. בנוסף מחזיק את הדגימה, גופי לצרף במפעיל, כך הסיומת/הכחשה במפעיל חל עומס הדגימה. כדי להתאים מגוון רחב של דגימות דורשת בסביבות שונות, מאפשר עיצוב מתכוונן אנכית גופי להיות הנמיך לתוך אמבט מים/מדיה לבדיקה. סימני שיניים וחותכים את פלקסיגלס שימוש בחותך פעמיים זווית (90 מעלות) ליצור 'שיניים' המאפשרים, מחבר חובק למעקה מוגברת ו מחזיק כוח של הדגימה במהלך הבדיקה. בבסיס של המחזיק הוא אופקי חריץ לאורך הרוחב של הצלחת. המלחציים משונן שיחליק לחריץ, מתקיים במקום עם בורג. בגלל חריץ סובלנות [+ 0.0127 מ מ (0.0005 פנימה)], בורג יחיד הוא מספיק כדי להחזיק את הנורה בזמן החריץ מונע ממנו פיתול ושומר על יישור מישוריים.

אם העקרונות הבסיסיים מכני של העיצוב עוקבים, המכונה היא חזקה, פתרון בעיות היא מזערית. כל הרכיבים מסחרי לרוכשם לאחר עיצוב המכשיר, אבל לפני בדיית זה. החלקים מסחרי על ידו יהיה סיוע בקבלת ההחלטה ומאפשר המדד הפיזי של מידות ופתילי אשר עשוי להשתנות אלה שצוינו כאן. אם ההתקן שישמש לבדיקת תקן, המכשיר ניתן לפשט על ידי ביטול של הגמישות בעיצוב שלה, כגון ביטול של כוונון של הגובה מקבע ולעקוב אחר אורך.

מערכת זו מספקת לצורך בדיקה לא זמין כעת במעבדתנו באופן יעיל. יתר על כן, מכונות uniaxial טהור אינם זמינים באופן נרחב מסחרית, אז המכשיר הזה אינה משכפלת שלא לצורך טכנולוגיות קיימות. עם זאת, אנחנו יישמו טכניקות עיצוב פשוט, קיימות מספר דרכים לבצע טעינה uniaxial טהור; רק אחד מיוצג כאן. התקנים מסחריים קיימים לטעינה biaxial מישורי, אבל אלה שאבטחה למטרות uniaxial טעינה.

המכונה טהור טעינה uniaxial הגיע, בעלות כוללת של-4,000 דולר. מחיר זה היתה תוצאה של רכיבי מסחרי (מפעילים, בקרי ותאים עומס). עיבוד שבבי מתכת הושלמה בתוך הבית ללא תשלום והוא העלות גשמי הייתה מתחת 100 דולר. אנו מעריכים כי הזמן אלקטרוני ומכאני היה כ- 60 שעות עם קצב עיבוד שבבי טיפוסי של 75 דולר/h, בעיקרו של דבר להכפיל את המחיר. אבל, חשוב למכונה מתכת המכשיר ולא תלת-ממדיים (3-D) בדפוס זה מפלסטיק. המסגרת חייב להיות נוקשה מספיק כדי לתמוך הטעינה. בהתחשב המסגרת כ 1.25 ס"מ (ב 0.5), המסגרת בקלות יתמכו דגימות 2 x - 3 x חזקה, הוספת לשימוש העתידי שלה. לשם השוואה, מכונות העמסה מסחרי יכול בקלות לחרוג 100,000 דולר. עם זאת, חשוב לציין כי אלו מכונות מסחריות שילוב משוב המאפשר בקרת עומס או עקירה-בקרת בדיקות. פלטפורמה זו מנצל הזחה שליטה (למפעיל תנועה), והוא לא מסובך מדי. חוקרים הזקוקים בדיקות מכניות תוכלו למצוא, עם קצת מאמץ, הם יכולים לפתח פלטפורמות הטעינה שלהם.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי נבחרת מוסדות בריאות 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).
יישום של עיצוב היבטים בפיתוח מכונות העמסה 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