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Engineering

Uniaxial लोडिंग मशीन विकास में डिजाइन पहलुओं के अनुप्रयोग

doi: 10.3791/58168 Published: September 19, 2018

Summary

यहाँ हम एक शुद्ध uniaxial लोडिंग मशीन विकसित करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं । महत्वपूर्ण डिजाइन पहलुओं को सही और reproducible परीक्षण के परिणाम सुनिश्चित करने के लिए कार्यरत हैं ।

Abstract

सटीक और सटीक यांत्रिक परीक्षण के संदर्भ में, मशीनों सातत्य चलाते हैं । जबकि वाणिज्यिक प्लेटफार्मों उत्कृष्ट सटीकता प्रदान करते हैं, वे लागत प्रतिबंधक हो सकता है, अक्सर $१००,०००-$२००,००० मूल्य सीमा में कीमत । दूसरे चरम पर खड़े अकेले मैनुअल उपकरणों है कि अक्सर दोहराव और सटीकता की कमी है (जैसे, एक मैनुअल सनकी डिवाइस) । हालांकि, अगर एक एकल उपयोग संकेत दिया जाता है, यह खत्म हो गया है और डिजाइन मशीन कुछ पीढ़ी विस्तृत इंजीनियरिंग । बहरहाल, वहां अवसरों जहां मशीनों और डिजाइन घर में निर्मित कर रहे है प्रयोगशाला में मौजूदा मशीनों के साथ प्राप्य नहीं एक प्रस्ताव पूरा कर रहे हैं । यहां विस्तार से वर्णित एक ऐसी युक्ति है । यह एक लोडिंग प्लेटफार्म है जो शुद्ध uniaxial लोडिंग को सक्षम बनाता है । मानक लोडिंग मशीनों आम तौर पर कि रैखिक लोडिंग धुरी के साथ होता है और रोटरी लोडिंग धुरी के बारे में होता है में द्विअक्षीय हैं । इन मशीनों के साथ परीक्षण के दौरान, एक लोड नमूना के एक छोर करने के लिए लागू किया जाता है जबकि दूसरे छोर तय रहता है । इन प्रणालियों शुद्ध अक्षीय परीक्षण जो तनाव/संपीड़न पर समान रूप से लागू किया जाता है का संचालन करने के लिए सक्षम नहीं है समाप्त होता है । इस पेपर में विकसित मंच नमूनों के बराबर और विपरीत लोडिंग को सक्षम बनाता है । हालांकि यह संपीड़न के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, यहां ध्यान शुद्ध तंयता लोडिंग में इसके उपयोग पर है । उपकरण वाणिज्यिक लोड कोशिकाओं और प्रेरक (मूवर्स) शामिल है और, के रूप में निर्मित मशीनों के साथ मामला है घर में, एक फ्रेम के लिए वाणिज्यिक भागों और जुड़नार के परीक्षण के लिए पकड़ मशीन है ।

Introduction

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यांत्रिक परीक्षण एक दिलचस्प इतिहास है कि कठोरता परीक्षण स्टेनली Rockwell द्वारा बीसवीं सदी में जल्दी में विकसित उपकरणों को वापस पता लगाया जा सकता है । जबकि प्रौद्योगिकी हद तक हो गया है कि मानक, प्रलेखित प्रथाओं गाइड मशीन के प्रदर्शन के सत्यापन से सब कुछ विशिष्ट परीक्षणों1,2,3, ले जाने के लिए दिशा निर्देशों के लिए 4. आज, यांत्रिक परीक्षण कंक्रीट के रूप में निर्माण सामग्री से सब कुछ पर आयोजित कर रहे हैं, इस्पात, और खाद्य और वस्त्र उत्पादों के लिए लकड़ी5,6,7,8,9 . यह देखते हुए कि बायोमेडिकल इंजीनियरिंग के क्षेत्रों और, अधिक विशेष रूप से, जैव यांत्रिकी का उपयोग यांत्रिक परीक्षण, लोडिंग मशीन यांत्रिकी प्रयोगशालाओं में आम हैं.

मशीनों लदान यांत्रिक में पैमाने की सीमा को चलाने । एक उदाहरण के रूप में, बड़े लदान मशीनों के लिए पूर्ण शरीर प्रभाव अध्ययन आचरण या मानव ऊरु यांत्रिक गुणों का निर्धारण किया जा सकता है, जबकि छोटे लदान मशीनों murine हड्डियों का परीक्षण या कोशिकाओं को उत्तेजित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है10,11, 12,13,14. परीक्षण प्रयोगशाला में दो प्रकार की लोडिंग मशीनें पाई जाती हैं; उन है कि वाणिज्यिक और उन है कि उपयोगकर्ता द्वारा निर्मित कर रहे है खरीदा है । घर में विकसित मशीनों लोडिंग अक्सर अपने निजीकरण और अनुकूलन विकल्प15के लिए इष्ट हैं ।

परीक्षण में, एक नमूना मशीन में इतना सुरक्षित है कि एक विस्थापन लागू किया जा सकता है, एक औसत दर्जे का बल पैदा । लोड ड्राइविंग प्रतिक्रिया के रूप में उपयोग किया जाता है, तो परीक्षण लोड-नियंत्रित है; यदि विस्थापन को ड्राइविंग फ़ीडबैक के रूप में उपयोग किया जाता है, तो परीक्षण विस्थापन-नियंत्रित होता है । मशीनों लोड हो रहा है, सामान्य रूप से, एक निश्चित समर्थन करने के लिए एक पैरोकार जोड़ता है एक फ्रेम पर बनाया जाता है । जैसे, परीक्षण आमतौर पर दूसरे छोर तय रहता है, जबकि स्थानांतरित किया जा रहा नमूना के एक छोर शामिल है ।

चित्रा 1 में दिखाया गया है एक सरल लोडिंग अपने बुनियादी घटकों का प्रदर्शन मशीन का एक संक्षिप्त वर्णन है । सभी लोडिंग मशीनों के लिए मौलिक एक आधार या फ्रेम है । वाणिज्यिक ब्रांडों की विशाल बहुमत एक निश्चित आधार का उपयोग करते हुए, ड्राइंग planar (XY) आंदोलन की अनुमति देता है कि एक मंच को दर्शाया गया है । इस मामले में पैरोकार, ऊपरी हाथ है कि एक लोड सेल रखती है और एक stepper मोटर द्वारा संचालित है । फ्रेम करने के लिए संलग्न फिक्स्चर जो नमूना पकड़ और परीक्षण के प्रकार है कि चला जाता है हुक्म हैं । ड्राइंग में दिखाया तीन सूत्री मोड़ फिक्स्चर हैं । शीर्ष स्थिरता (एकल संपर्क) चलती हाथ करने के लिए मुहिम शुरू की है; नीचे स्थिरता (डबल संपर्क) स्थिर आधार करने के लिए मुहिम शुरू की है । परीक्षण के दौरान, मोटर ऊपरी स्थिरता ड्राइव करने के लिए जहां केंद्र संपर्क संलग्न नमूना नीचे । के रूप में संपर्क नमूना संलग्न, लोड सेल प्रतिरोध में वृद्धि रिकॉर्ड या बल नमूना पर रखा ।

वहां अवसरों जहां मशीनों और डिजाइन घर में निर्मित कर रहे है प्रयोगशाला में मौजूदा मशीनों के साथ प्राप्य नहीं एक प्रस्ताव पूरा कर रहे हैं । यहाँ हम विस्तार से एक ऐसी डिवाइस का वर्णन. यह एक लोडिंग मंच है कि शुद्ध uniaxial नमूना लोड हो रहा है या समान और विपरीत गति दोनों सिरों पर सक्षम बनाता है । डिवाइस वाणिज्यिक लोड कोशिकाओं और प्रेरक (मूवर्स) शामिल; एक फ्रेम के लिए वाणिज्यिक भागों पकड़ और नमूना परीक्षण के लिए फिक्स्चर लोड करने की मशीन है । परीक्षण मशीन निर्माण के बुनियादी सिद्धांतों को समझना एक ही मशीन के डिजाइन में सहायता कर सकते हैं । हम ड्राइंग फ़ाइलें हम एक प्रारंभिक बिंदु के रूप में बनाया के लिए अपनी मशीन के विकास के साथ शोधकर्ताओं की सहायता प्रदान की है । वीडियो डिवाइस के विधानसभा और यांत्रिक डिजाइन सिद्धांतों के आवेदन के लिए संरेखण और विश्वसनीय परीक्षण सुनिश्चित करने के लिए पर ध्यान दिया जाएगा ।

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Protocol

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नोट: समाप्त डिवाइस चित्रा 2में दिखाया गया है. डिवाइस एक क्षैतिज स्थिति में नमूनों की शुद्ध uniaxial परीक्षण सक्षम बनाता है ।

1. घटक पार्ट्स

  1. एक 30 मिमी (१.२ में) के साथ दो प्रोग्राम प्रेरक तैयार करें ६० mm (२.३ में) जब पुल के लिए क्रमादेशित या एक साथ धक्का/ विभिंन प्रकार के संभावित उपयोगों को समायोजित करने के लिए, का चयन करें एक उचित बल क्षमता [६७ n (15 lb)], पीक जोर [५८ n (13 lb)], गति संकल्प [०.९३०२ µm/s (०.००००४ में/s)], और एक एकतरफ़ा सटीकता [25 µm (०.००१ में)] ।
  2. डेज़ी-चेन विस्तार के एक समान आवेदन के लिए उन्हें सिंक करने के लिए प्रेरक/
  3. एक 24 वी नियंत्रक को तैयार करने के लिए ड्राइविंग गति प्रदान करने के लिए प्रेरक; इन प्रणालियों के एक पेंच, leadscrew के रोटेशन से एक सटीक रैखिक गति सक्षम करें ।
  4. ४४.५ N (10 पौंड) की अधिकतम बल क्षमता के साथ दो लोड कोशिकाओं को तैयार करें । एक कम प्रोफ़ाइल या कनस्तर शैली लोड जो सीमित स्थानों के लिए आदर्श है का चयन करें ।
  5. रेल/कैरिज ब्लॉक प्रणाली को तैयार करें । एक रेल और दो गाड़ी तैयार; एक प्रत्येक गति पकड़ करने के लिए । क्योंकि इस्पात जंग होगा, स्टेनलेस स्टील सामग्री का चयन करें यदि डिवाइस जलयोजन की आवश्यकता होती है कि सामग्री के लिए उपयोग किया जाएगा; अंय सभी प्रयोजनों के लिए, इस्पात स्वीकार्य है ।
    नोट: बैंगनी में दिखाए गए रेल/कैरिज ब्लॉक के साथ लोडिंग प्लेटफार्म का एक विस्फोट दृश्य चित्रा 3में प्रदान किया गया है ।

2. फ़्रेम निर्माण

नोट: व्याख्यात्मक प्रयोजनों के लिए, मंच ग्राफिक्स में रंग कोडित है ।

  1. एल्यूमीनियम शेयर सामग्री तैयार करते हैं । अपनी लागत प्रभावशीलता और मशीनिंग में आसानी के लिए एल्यूमीनियम का चयन करें । दोनों थाली और ' L' के आकार का कोण स्टॉक तैयार करें ।
  2. मशीन फिक्स्चर के लिए शेयर सामग्री तैयार करते हैं । सामिल करें; यह मजबूत जबकि हल्के है ।

3. धातु आधार और साइड प्लेट (फ्रेम) विधानसभा

  1. एल्यूमीनियम स्टॉक से बेस प्लेट कट, यकीन है कि यह लगभग ६४ x 15 x १.३ सेमी (25 x 6 x ०.५ में) है बना रही है । मिल में किनारों को साफ करें और बेस प्लेट को अपने अंतिम आयामों में काट लें ।
  2. मशीन मिल में फ्लैट प्लेट, पूरक फ़ाइलों में प्रदान विनिर्देशों के अनुसार ।
  3. यह चेहरा, सुनिश्चित करना विमान स्तर है ।
  4. बेस प्लेट में एक ट्रैक मशीन ०.०१२६ mm (०.०००५ में) की सहनशीलता के साथ साइड प्लेट संरेखित करने के लिए ।
  5. मशीन पूरक फ़ाइलों में प्रदान विनिर्देशों के अनुसार साइड प्लेटें ।
  6. ड्रिल और उनके नीचे चेहरे पर साइड प्लेटों का दोहन ।
  7. ट्रैक में दाईं ओर प्लेटें माउंट ।
  8. नीचे (चित्रा 4) से बेस प्लेट के लिए साइड प्लेटें जकड़ना ।

4. फ्रेम करने के लिए रेल/

  1. मशीन प्रत्येक पक्ष प्लेट के सामने चेहरे में पटरियों ड्राइंग लिंक (चित्रा 5) में प्रदान विनिर्देशों के अनुसार रेल/कैरिज विधानसभा के बढ़ते सक्षम करने के लिए ।
  2. ड्रिल और टेप छेद के माध्यम से रेल में मंजूरी छेद के माध्यम से ट्रैक करने के लिए रेल जकड़ना (प्रत्येक पक्ष थाली में #10-३२ शिकंजा) को समायोजित करने के लिए ।

5. रियर माउंट प्रेरक की कुर्की

  1. मशीन रियर ' L' के आकार का कोण स्टॉक से संलग्नक माउंट पूरक फ़ाइलों में प्रदान विनिर्देशों के अनुसार ।
  2. एक बार मशीन एक keyway के रूप में सेवा करने के लिए माउंट के नीचे करने के लिए अनुलग्न करने के लिए और पूरक फ़ाइलों में प्रदान विनिर्देशों के अनुसार साइड प्लेट के चेहरे पर machined ट्रैक में यह सवारी करने के लिए । माउंट के तल में पट्टी पेंच ।
  3. पीछे के आधार में छेद के माध्यम से ड्रिल एक के लिए गति देनेवाला मंजूरी के लिए माउंट ।
  4. वाणिज्यिक गति में छेद पैटर्न के माध्यम से प्रेरक के शरीर के लिए रियर माउंट संलग्न ।
    ध्यान दें: एक रियर माउंट बनाने के लिए एक कारण के लिए बार की आवश्यकता को खत्म करने के लिए सीधे संप्रेरक छोटे #2 मीट्रिक शिकंजा कि आने पर शेयर का उपयोग कर फ्रेम करने के लिए संलग्न है । माउंट दोहराया उपयोग के साथ प्रेरक के आंतरिक धागे अलग करना की चिंता समाप्त ।
  5. स्लॉट के आधार पर दो शिकंजा के माध्यम से फ्रेम करने के लिए रियर संप्रेरक माउंट संलग्न करने के लिए माउंट ।
  6. ड्रिल और छेद की एक श्रृंखला नल (#10-३२ शिकंजा समायोजित करने के लिए) पक्ष प्लेटों के सामने चेहरे पर ट्रैक पार्श्व एक समायोज्य माउंट लगाव के लिए अनुमति देने के लिए यदि यह अलग आकार के नमूनों को समायोजित वांछनीय है ।

6. कनेक्टर्स के माध्यम से प्रेरक के सामने माउंट लगाव

नोट: सामने माउंट एक ' L' के आकार का टुकड़ा है कि गाड़ी के लिए प्रेरक के सामने देते है । यह गति नहीं करता है शारीरिक रूप से माउंट से संपर्क करें; यह कनेक्टर्स की एक श्रृंखला के माध्यम से देता है कि प्रेरक टिप से विस्तार ।

  1. मशीन सामने ' L' के आकार का कोण स्टॉक से संलग्नक के अनुसार पूरक फ़ाइलों में प्रदान विनिर्देशों के लिए माउंट ।
  2. सामने माउंट के आधार में एक छेद ड्रिल पतला संबंधक को समायोजित करने के लिए ।
  3. मशीन सामने एक थाली को समायोजित करने के लिए माउंट के पक्ष में एक ट्रैक ।
  4. मशीन एक ट्रैक के साथ प्लेट फिक्स्चर को समायोजित करने के लिए ।
  5. मशीन एक एल्यूमीनियम, बेलनाकार कनेक्टर ड्राइंग लिंक में प्रदान की विनिर्देशों के अनुसार । यह एडेप्टर लोड सेल को संप्रेरक से जोड़ता है ।
  6. ड्रिल और एक #2 मीट्रिक पेंच पर गति और लोड सेल अंत पर एक #6 मीट्रिक पेंच लोड सेल और गति के सलए बढ़ते और संरेखण का समर्थन करने के लिए के लिए संबंधक नल ।
  7. दो समान कनेक्टर्स, प्रत्येक लोड कक्ष के लिए एक मशीन के लिए इस प्रक्रिया को दोहराएँ ।
  8. मशीन एक एल्यूमीनियम, पतला, बेलनाकार कनेक्टर ड्राइंग लिंक में प्रदान विनिर्देशों के अनुसार । यह एडेप्टर लोड सेल को स्थिरता और कैरिज से जोड़ता है ।
  9. ड्रिल और एक छोर पर थ्रेडेड लोड सेल कनेक्शन के लिए कनेक्टर टैप करें ।
  10. सामने के छेद में सिलेंडर दर्रा गति से माउंट और सिलेंडर अंत लंगर के लिए एक सेट पेंच का उपयोग करें ।
  11. सही और बाईं प्रेरक के लिए प्रणाली डुप्लिकेट ।
    नोट: के रूप में चित्रा 6में दिखाया गया है, एक बार इकट्ठे, प्रेरक का आधार सख्ती से साइड प्लेट से जुड़ा हुआ है । प्रेरक के सामने गाड़ी से जुड़ा हुआ है और, के रूप में गति बढ़ाया और मुकर, गाड़ी धक्का दिया है और खींच लिया है । यह स्थिरता लगाव और नमूना लदान के लिए रूपरेखा प्रदान करता है ।

7. फिक्स्चर

  1. मशीन फिक्स्चर पूरक फ़ाइलें (7 चित्रा) में प्रदान विनिर्देशों के अनुसार ।
  2. मशीन एक केंद्रीय, स्थिरता धारक में ऊर्ध्वाधर स्लॉट ऊंचाई को समायोजित करने के लिए ।
  3. संलग्न सामने तीन ड्रिल्ड और टेप छेद (#10-३२ शिकंजा) खड़ी थाली के केंद्र में गठबंधन के साथ आयताकार प्लेट करने के लिए mounts ।
  4. उठाना या कम धारक के रूप में आवश्यक है, उदाहरण के लिए, यदि हाइड्रेटेड परीक्षण के लिए एक खारा स्नान इस्तेमाल किया जा रहा है, और यह शिकंजा के साथ सुरक्षित ।

8. आपरेटिंग प्रक्रिया:

  1. दूर उपकरण16नियंत्रण के लिए प्रेरक सॉफ्टवेयर डाउनलोड करें ।
  2. एक 6-पिन मिनी-दीन पुरुष से महिला PS/2 एक्सटेंशन केबल के साथ कंप्यूटर और 24 वी नियंत्रक के बीच एक लिंक बनाएं; प्रत्येक प्रवर्तक नियंत्रक दो 6 पिन मिनी दीन कनेक्टर केबल लिंक है ।
  3. एक मानक कंप्यूटर से कनेक्ट करने के लिए एक यूएसबी करने वाली 6 पिन मिनी-दीन कनवर्टर का उपयोग करें; कनवर्टर एक महिला 6 पिन मिनी-दीन संबंधक अंत और एक यूएसबी कनेक्शन बंदरगाह शामिल हैं ।
  4. डेज़ी चेन इतना है कि एक ही कंप्यूटर केबल आपरेशन के लिए पर्याप्त है, या वैकल्पिक रूप से, यूएसबी एडाप्टर के स्थान पर एक HDMI एडाप्टर का उपयोग करें कि प्रेरक ।
  5. 24 वी बिजली की आपूर्ति के लिए प्रेरक कनेक्ट ।
  6. एक बार जुड़ा हुआ है और संचालित, उपकरणों का चयन करें और प्रदर्शन को अनुकूलित ।
  7. वैकल्पिक रूप से, प्रत्येक गति, जो सेट अप के लिए उपयोगी है पर डायल द्वारा स्वयं प्रेरक नियंत्रित करते हैं ।
    नोट: यह सॉफ्टवेयर किसी भी मानक ऑपरेटिंग सिस्टम के लिए लागू है । इस सॉफ्टवेयर के साथ, प्रेरक किसी भी निर्धारित दूरी को अलग गति पर ले जाया जा सकता है, एक निर्धारित दूरी पर समन्वयित या एक दूसरे से समन्वयित एक सामंजस्य में स्थानांतरित करने के लिए.

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Representative Results

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आदेश में प्रणाली के उपयोग की पुष्टि करने के लिए, गति और प्रदर्शन परीक्षण17आयोजित किए गए । इन परीक्षणों में इनपुट मूल्यों की तुलना में गति और दूरी को मापने के शामिल थे । नमूना यात्रा दूरी सटीकता सत्यापित करने के लिए, २५४-२५४० µm (०.०१-०.१० में) के बीच शाफ्ट के साथ मनमाने ढंग से यात्रा दूरी का चयन किया गया । डिवाइस इन दूरियों को चलाने और गेज ब्लॉकों और महसूस गेज के संयोजन का उपयोग कर मापा वास्तविक दूरी की तुलना में किया गया था । चुना दूरी 1%-10% तनाव दर है कि सामांयतः सेलुलर परीक्षण में प्रयोग किया जाता है के प्रतिनिधि थे । दूरस्थ परीक्षण के लिए परिणामों में इनपुट से < 4% विचलन दिखाई देता है ।

के लिए गति का परीक्षण, यादृच्छिक मनमानी गति का चयन किया गया है कि अवधि के प्रवर्तक क्षमताओं । गति मान से लेकर 1-२८,००० µm/s (०.००००४-१.१ में/ यह गति तो एक दूरी और समय गति की स्थापना के द्वारा डिवाइस की गणना की गति की तुलना में किया गया था । गति परीक्षण के लिए, प्रेरक विस्तार और संकुचन का एक पूरा चक्र पूरा होगा । इस परीक्षण से, गति बढ़ाने के इनपुट से एक 10% विचलन के भीतर होना पाया गया । सभी परीक्षा परिणाम > ०.९९९ के एक आर2 मूल्य था । सत्यापित करने के लिए, एक प्रेरक अपनी अधिकतम गति और दूरी के साथ साइकिल से ज़्यादा गरम नहीं किया गया था । तापमान तो 1 एच के लिए हर 5 मिनट दर्ज की गई थी और ३९.९ डिग्री सेल्सियस से अधिक कभी नहीं पाया गया । सभी मांयता परीक्षण कम से कम 3x प्रदर्शन किया गया ।

इसके प्रदर्शन का परीक्षण करने के लिए, स्थिर अंत विंयास में शुद्ध uniaxial डिवाइस का इस्तेमाल किया गया था और हमारे मौजूदा लोडिंग मंच है जो भी घर में विकसित किया गया था से परीक्षण के परिणामों की तुलना में18। दस 2-0 टांके दोनों मशीनों में विफलता के लिए परीक्षण किया गया । टांके तीन समुद्री मील के साथ knotted के लिए नमूने के बीच में एक तनाव रिसर बनाने के लिए और फिक्स्चर से तनाव हटाने थे । २५.४ मिमी (१.० में) की एक गेज लंबाई ०.६१ mm/s (०.०२४ में) की लोडिंग दर के साथ इस्तेमाल किया गया था । एक ही परीक्षण तो मौजूदा लोडिंग मशीन के साथ प्रदर्शन किया गया था, जहां गति बढ़ाने के लिए १.२२ mm/s (०.०४८/s) में आदेश में एकल के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए । सभी परीक्षण ४४.५ N (£ 10) लोड कोशिकाओं का उपयोग पूरा किया गया था । इसके अलावा, शुद्ध uniaxial परीक्षण रिश्तेदार समाप्त होता है के बीच कोई अंतर सत्यापित करने के लिए पूरा किया गया था । एक ठेठ सीवन भूखंड चित्रा 8में प्रदान की जाती है । धूसर डैश्ड रेखा मौजूदा निश्चित-अंत डिवाइस से काले डॉटेड रेखा की तुलना में शुद्ध uniaxial डिवाइस से परिणाम का प्रतिनिधित्व करता है ।

सभी परीक्षणों में, टांके की गांठ में विफल रहा है । कठोरता से मिलकर माप, अधिकतम लोड, और विफलता पर विस्थापन p < ०.०५ के लिए दो मशीनों के बीच कोई सांख्यिकीय अंतर दिखाई । एक बार यह निर्धारित किया गया था उपकरणों सांख्यिकीय समान परिणाम प्राप्त, आगे परीक्षण आयोजित किया गया था । शुद्ध और निश्चित अंत विंयास में शुद्ध uniaxial डिवाइस का उपयोग कर प्राप्त टांका सामग्री गुण सांख्यिकीय अलग17नहीं थे ।

Figure 1
चित्रा 1: एक तीन सूत्री झुकने स्थिरता के साथ सज्जित सरल लोडिंग मशीन. डिजाइन एक्स के साथ planar आंदोलन को शामिल-और Y-अक्षों, मशीन की बहुमुखी प्रतिभा को जोड़ने । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: गढ़े उपकरण दिखाया (ऊपर) अपने कंप्यूटर मॉडल समकक्ष (नीचे) के साथ । uniaxial मशीन घटकों एल्यूमीनियम से गढ़े हैं । एक ठोस मॉडल डिवाइस की योजना बना चरणों के दौरान उपयोग किया जाता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3: रेल के साथ लोड हो रहा है मंच के एक विस्फोट दृश्य/ वाणिज्यिक गाड़ी और गाइड रेल संरेखण और अक्ष पर गति सुनिश्चित करते हैं । विस्फोट देखने मशीन के विधानसभा में शिकंजा के उपयोग को दर्शाता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्रा 4: साइड प्लेट्स बेस प्लेट के ट्रैक में घुड़सवार । साइड प्लेटों बेस प्लेट के नीचे के माध्यम से करने के लिए मुंड । के रूप में आंकड़ा में देखा, साइड प्लेटों के सामने चेहरे एक machined ट्रैक जो रेल को समायोजित किया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5: रेल और कैरिज सिस्टम बैंगनी में हाइलाइट किया गया । रेल/कैरिज ब्लॉक दो गेंद असर गाड़ी है कि रेल के साथ चिकनी ग्लाइडिंग सक्षम के होते हैं । विधानसभा में, ब्लॉक साइड प्लेटों के सामने करने के लिए mounts जबकि machined ट्रैक संरेखण सुनिश्चित करता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6: लोड हो रहा है डिवाइस के विधानसभा ड्राइंग । है इस है के सामने माउंट रेल से जुड़ा हुआ है और विस्तार/संकर्षण की नोक के लिए नमूना ले जाता है । रेल/कैरिज ब्लॉक बैंगनी में दिखाया गया है; प्रवर्तक mounts (आगे और पीछे) गुलाबी में दिखाए जाते हैं; कनेक्टर लाल रंग में दिखाए जाते हैं; फिक्स्चर पीले रंग में दिखाए जाते हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 7
चित्रा 7: एक ऊर्ध्वाधर, slotted ट्रैक पर सामिल घर्षण clamps । एक slotted ट्रैक का शामिल है ऊर्ध्वाधर संरेखण और एक पर्यावरण स्नान के साथ प्रयोग के लिए अनुमति देता है (नहीं दिखाया गया है) । इस समायोजन के लिए अनुमति देने के लिए, सेट शिकंजा बढ़ाने और ट्रैक कम करने के लिए उपयोग किया जाता है । वाम छवि सामने से विस्फोट स्थिरता विधानसभा से पता चलता है; सही छवि वापस से स्थिरता विधानसभा से पता चलता है । नमूना पकड़ करने के लिए, दांतेदार दांत clamps में machined हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 8
चित्रा 8: एक सीवन परीक्षण से लोड-विस्थापन डेटा । ग्राफ एक लोड की एक साजिश है एक विफलता के लिए परीक्षण टांका के विस्थापन वक्र । टांका एक फाइबर है और एक विफलता वक्र के ठेठ आकार का प्रदर्शन करने के लिए यहां इस्तेमाल किया । यदि एक मशीन, जुड़वां या यार्न गढ़े एक समान परिणाम के लिए प्रतिस्थापित किया जा सकता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

फ्रंट माउंट गति: कृपया यहां क्लिक करें इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए । 

गति माउंट : कृपया यहां क्लिक करें इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए । 

बेस प्लेट : कृपया यहां क्लिक करें इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए । 

नीचे दबाना : कृपया यहां क्लिक करें इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए । 

कैरिज : कृपया यहां क्लिक करें इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए । 

लोड सेल कनेक्टर : कृपया यहां क्लिक करें इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए । 

रेलमार्ग : कृपया यहां क्लिक करें इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए । 

साइड प्लेट्स : कृपया यहां क्लिक करें इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए । 

स्लाइडर बांह : कृपया यहां क्लिक करें इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए । 

शीर्ष दबाना : कृपया यहां क्लिक करें इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए । 

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Discussion

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इस काम के लक्ष्य के लिए डिजाइन और एक लागत प्रभावी और विश्वसनीय uniaxial लोडर ऐसे ऊतक और फाइबर के रूप में छोटे पैमाने पर नमूनों के साथ इसके उपयोग के लिए बनाना था । एक युक्ति का निर्माण किया गया है कि आवश्यकताओं को आगे सेट जबकि भी डिजाइन में काफी लचीला जा रहा है के लिए नए अनुलग्नकों के लिए अनुमति के रूप में उपयोगकर्ता बढ़ने की जरूरत है गढ़े । उदाहरण के लिए, डिवाइस एक uniaxial या फिक्स्ड-एंड कॉन्फ़िगरेशन में सूखे और गीले नमूनों के परीक्षण के लिए अनुमति देगा ।

डिजाइन और किसी भी लोडिंग डिवाइस के निर्माण में महत्वपूर्ण कदम सामग्री के विचार शामिल हैं, वाणिज्यिक घटकों (रखरखाव), और प्रदर्शन और प्रणाली का लचीलापन । सभी मशीनिंग एक मानक मिल पर पूरा किया गया था । एल्यूमीनियम और सामिल फ्रेम और फिक्स्चर के लिए आवश्यक कठोरता प्रदान करते हैं । वाणिज्यिक घटकों से मिलकर बनता है और रेल/कैरिज ब्लॉक प्रणाली । एक ही प्रेरक दोनों तनाव और संपीड़न के लिए उपयोग किया जाता है । ये यह देखते हुए यांत्रिक परीक्षण प्लेटफार्मों में अच्छी तरह से काम करते हैं कि, जब वे पर उपयोग में नहीं कर रहे हैं, मोटर करने के लिए बिजली इतनी है कि leadscrew एक टोक़ उत्पन्न नहीं करता है और से अधिक गरम नहीं प्रेरकों रोक दिया है । इसके अलावा, रेल/कैरिज ब्लॉक प्रणाली संरेखण और आसान रखरखाव प्रदान करता है । प्रणाली दो गेंद असर पेंच गाड़ी है कि 15 मिमी (०.६ में) चौड़ा ट्रैक के साथ सवारी का उपयोग करता है । एक कैरिज साइड प्लेट प्रति प्रयोग किया जाता है करने के लिए रेल से कनेक्ट करने के लिए । विधानसभा एक ७८०० N (१७५० पौंड) गतिशील लोड क्षमता है और नमूनों की एक विस्तृत श्रृंखला को समायोजित कर सकते हैं । गाड़ी आंतरिक तेल जलाशयों होते स्नेहन बनाए रखने के लिए । फिक्स्चर परीक्षण के दौरान मंच को नमूना पकड़ो । नमूना धारण करने के अलावा, फिक्स्चर प्रेरक को देते हैं, इतना है कि विस्तार के लिए और प्रतिकर्षण के नमूने के लिए लोड लागू होता है । नमूनों की एक विस्तृत श्रृंखला है कि विभिंन वातावरण की आवश्यकता होगी समायोजित करने के लिए, एक ऊर्ध्व-समायोज्य डिजाइन फिक्स्चर सक्षम बनाता है एक पानी में कम हो/ एक डबल कोण कटर (९० °) का उपयोग कर सामिल में कटौती serrations ' दांत ' है कि एक वृद्धि clamping और परीक्षण के दौरान नमूना की शक्ति धारण सक्षम बनाएं । धारक के आधार पर एक क्षैतिज प्लेट की चौड़ाई के साथ चल रहे स्लॉट है । दांतेदार स्लॉट में स्लाइड दबाना और एक पेंच के साथ जगह में आयोजित किया जाता है । स्लॉट सहिष्णुता के कारण [+ ०.०१२७ मिमी (०.०००५ में)], एक ही पेंच स्थिरता पकड़ करने के लिए पर्याप्त है, जबकि स्लॉट यह घुमा से रहता है और planar संरेखण बनाए रखता है.

यदि डिजाइन के बुनियादी यांत्रिक सिद्धांतों का पालन कर रहे हैं, मशीन मजबूत है, और समस्या निवारण कम है । सभी वाणिज्यिक घटकों डिवाइस डिजाइनिंग के बाद खरीदा जाना चाहिए, लेकिन यह निर्माण करने से पहले. हाथ पर वाणिज्यिक भागों होने के निर्णय के साथ सहायता करेगा और आयामों और धागे जो यहां निर्दिष्ट उन से भिंन हो सकते है की शारीरिक माप के लिए अनुमति देता है । डिवाइस मानक परीक्षण के लिए इस्तेमाल किया जा करने के लिए है, तो इस तरह के स्थिरता ऊंचाई और ट्रैक लंबाई की समायोजक को नष्ट करने के रूप में इस उपकरण के डिजाइन में लचीलापन के बहुत नष्ट करने से सरलीकृत किया जा सकता है ।

इस प्रणाली को एक लागत प्रभावी ढंग से हमारी प्रयोगशाला में वर्तमान में उपलब्ध नहीं परीक्षण के लिए प्रदान करता है । इसके अलावा, शुद्ध uniaxial मशीनों व्यापक रूप से व्यावसायिक रूप से उपलब्ध नहीं हैं, इसलिए इस डिवाइस अनावश्यक मौजूदा प्रौद्योगिकियों डुप्लिकेट नहीं है । हालांकि, हम सरल डिजाइन तकनीक लागू किया है और वहाँ शुद्ध uniaxial लोड हो रहा है पूरा करने के लिए कई तरीके हैं; केवल एक ही यहां प्रतिनिधित्व किया है । वाणिज्यिक उपकरणों planar द्विअक्षीय लदान के लिए मौजूद हैं, लेकिन इन uniaxial लदान प्रयोजनों के लिए लागत-निषेध कर रहे हैं ।

शुद्ध uniaxial लोडिंग मशीन के बारे में $४,००० की कुल लागत के लिए आया था । यह मूल्य वाणिज्यिक घटकों (प्रेरक, नियंत्रकों, और लोड कोशिकाओं) का परिणाम था । धातु मशीनिंग में पूरा किया गया था घर पर कोई शुल्क नहीं है और सामग्री की लागत $१०० के तहत किया गया । हम अनुमान है कि मशीनिंग समय के बारे में $75/एच के एक ठेठ मशीनिंग दर के साथ ६० घंटे के बारे में था, मूलतः कीमत दोगुनी । लेकिन, यह धातु मशीन के बजाय तीन आयामी (3-डी) यह प्लास्टिक से प्रिंट करने के लिए महत्वपूर्ण है । फ्रेम को लोड करने का समर्थन करने के लिए काफी कड़ा हो गया है । इस फ्रेम को देखते लगभग १.२५ सेमी (०.५ में) मोटी है, फ्रेम आसानी से 2x-3x के रूप में मजबूत, अपने भविष्य के उपयोग को जोड़ने का समर्थन करेंगे । तुलना करके, वाणिज्यिक लदान मशीनों आसानी से $१००,००० से अधिक कर सकते हैं । हालांकि, यह ध्यान दें कि इन वाणिज्यिक मशीनों प्रतिक्रिया है कि लोड नियंत्रण या विस्थापन नियंत्रण परीक्षण सक्षम बनाता है शामिल महत्वपूर्ण है । इस मंच के विस्थापन नियंत्रण (गति प्रेरक) का इस्तेमाल और पीढ़ी जटिल नहीं है । शोधकर्ताओं यांत्रिक परीक्षण की जरूरत है कि मिल जाएगा, एक छोटे से प्रयास के साथ, वे अपने स्वयं के लोडिंग प्लेटफार्मों विकसित कर सकते हैं ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस कार्य को राष्ट्रीय संस्थानों के स्वास्थ्य NIDCR [DE022664] ने समर्थन दिया ।

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

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References

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Uniaxial लोडिंग मशीन विकास में डिजाइन पहलुओं के अनुप्रयोग
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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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