Aplicación de aspectos de diseño en el desarrollo de la máquina de carga Uniaxial
Summary
Aquí presentamos un protocolo para desarrollar una máquina pura de carga uniaxial. Aspectos críticos de diseño se emplean para asegurar resultados exactos y reproducibles de las pruebas.
Abstract
En términos exactos y precisos ensayos mecánicos, máquinas de funcionamiento continuo. Mientras que las plataformas comerciales ofrecen excelente precisión, pueden ser prohibitiva, cotizado a menudo en la gama de precio $100.000 – $200.000. En el otro extremo son dispositivos manuales independientes a menudo falta de repetibilidad y precisión (por ejemplo, un dispositivo de manivela manual). Sin embargo, si se indica un solo uso, es sobre-ingeniería de diseño y elaboración de algo demasiado la máquina. Sin embargo, hay ocasiones donde las máquinas están diseñadas y construidas en casa para lograr un movimiento no alcanzable con las máquinas existentes en el laboratorio. Describe en detalle aquí, es un dispositivo de este tipo. Es una plataforma de carga que permite carga uniaxial puro. Máquinas de carga estándar por lo general son biaxiales que carga lineal ocurre a lo largo del eje y carga rotatoria se produce sobre el eje. Durante la prueba con estas máquinas, se aplica una carga a un extremo de la muestra mientras que el otro extremo permanece fijo. Estos sistemas no son capaces de llevar a cabo pruebas axial pura en que la tensión/compresión se aplica igualmente a los extremos de la muestra. La plataforma desarrollada en este trabajo permite la igual y opuesta carga de muestras. Mientras que puede ser utilizado para la compresión, aquí el enfoque es sobre su uso en pura resistencia de carga. El dispositivo incorpora células de carga comercial y actuadores (motores) y, como es el caso con máquinas construidas en el local, un marco se trabaja a máquina para sostener las piezas comerciales y accesorios para la prueba.
Introduction
Ensayos mecánicos tiene una interesante historia que se remonta a durómetros equipo desarrollado por Stanley Rockwell a principios del siglo XX. Mientras que la tecnología ha crecido en la medida en que las prácticas estándar, documentadas todo guían de verificación de funcionamiento de la máquina a las directrices para llevar a cabo pruebas específicas1,2,3, 4. hoy en día, se realizan ensayos mecánicos sobre todo desde la construcción de materiales como concreto, acero y madera para alimentos y textiles productos5,6,7,8,9 . Dado que los campos de la ingeniería biomédica y, más concretamente, biomecánica utilizan pruebas mecánicas, carga de máquinas son habituales en los laboratorios de biomecánica.
Carga de máquinas que funcionan la gama de escala en biomecánica. Por ejemplo, máquinas de carga más grandes pueden utilizarse para realizar estudios de impacto de cuerpo completo o determinar propiedades mecánicas femorales humanos, mientras que menor carga máquinas pueden utilizarse para probar los huesos murinos o estimular las células10,11, 12,13,14. Dos tipos de máquinas de carga se encuentran en el laboratorio de ensayos; aquellos que se adquieren comercialmente y las que son construidas por el usuario. Máquinas de carga desarrolladas a menudo están favorecidas por sus opciones de personalización y el arreglo para requisitos particulares15.
En la prueba, una muestra se fija en la máquina para que puede aplicarse un desplazamiento, genera una fuerza medible. Si la carga se utiliza como la regeneración de la conducción, la prueba es controlado por carga; Si el desplazamiento se utiliza como la regeneración de la conducción, la prueba es controlada por el desplazamiento. En general, carga de máquinas, se construyen sobre un armazón que conecta un motor a un soporte fijo. Como tal, prueba generalmente consiste en un extremo de la probeta se mueve mientras que el otro extremo permanece fijo.
Se muestra en la figura 1 es un esquema de una máquina de carga simple demostrando sus componentes básicos. Fundamental para todas las máquinas de carga es una base o marco. Mientras que la gran mayoría de marcas comerciales utiliza una base fija, el dibujo representa una plataforma que permite el movimiento planar de (XY). El motor, en este caso, es la parte superior del brazo que tiene una célula de carga y es impulsado por un motor paso a paso. Unido a la estructura son los accesorios que sujetan al espécimen y dictan el tipo de prueba que se ejecuta. Se muestra en el dibujo son accesorios de la curva de tres puntos. La unidad superior (el único contacto) está montada sobre el brazo móvil; el accesorio de fondo (doble contacto) está montado a la base fija. Durante la prueba, el motor conduce el accesorio superior hacia abajo a donde el contacto del centro dedica a la muestra. Como el contacto activa a la muestra, la celda de carga registra el aumento en la resistencia o la fuerza sobre la muestra.
Hay ocasiones donde las máquinas están diseñadas y construidas en casa para lograr un movimiento no alcanzable con las máquinas existentes en el laboratorio. Aquí describimos en detalle un tal dispositivo. Es una plataforma de carga que permite puro uniaxial muestras carga o igual y opuesta de movimiento en ambos extremos. El dispositivo incorpora células de carga comercial y actuadores (motores); un marco se trabaja a máquina para sostener las piezas comerciales y accesorios de carga para el espécimen de prueba. Puede ayudar a entender los principios básicos de la construcción de la máquina pruebas en el diseño de la propia máquina. Hemos proporcionado los archivos de dibujos que hemos creado como punto de partida para ayudar a los investigadores con su propio desarrollo de la máquina. El vídeo se centrará en el conjunto del dispositivo y la aplicación de principios de diseño mecánico para asegurar la alineación y pruebas confiables.
Protocol
Representative Results
Discussion
El objetivo de este trabajo fue diseñar y fabricar un cargador uniaxial rentable y confiable para su uso con pequeñas muestras como tejidos y fibras. Un dispositivo fue construido que cumplían con los requisitos establecidos al mismo tiempo suficientemente flexible en el diseño para permitir nuevos aditamentos ser fabricado como aumenten las necesidades del usuario. Por ejemplo, el dispositivo permitirá la prueba de especímenes secos y mojados en una configuración monoeje o final fijo.
…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue financiado por los institutos nacionales salud NIDCR [DE022664].
Materials
| Power supply, 24 V DC 2.5 A out, 100-240 V AC in, plug for North America | Zaber Technologies inc | PS05-24V25 | |
| 6 pin mini din-male to female PS/2 extension cable | Zaber Technologies inc | T-DC06 | |
| Stepper motor controller, 2 phase | Zaber Technologies inc | A-MCA | |
| Linear actuator, NEMA size 11, 30 mm travel, 58 N maximum continuous thrust | Zaber Technologies inc | NA11B30 | |
| Corrosion resistant maintenance-Free Ball Bearing Carriages and Guide Rails | McMaster-Carr | 9184T31 | |
| 6061-t6 Aluminum Stock | McMaster-Carr | NA | |
| Plexiglas Stock | McMaster-Carr | NA | |
| Canister load cell, 4.5N | Honeywell Sensotec | NA | |
| USB to 6 pin mini-din | Universal | NA |
References
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