Waiting
Login processing...

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

Engineering

Uygulama tasarım yönlerini Uniaxial yükleme makinesi geliştirme

doi: 10.3791/58168 Published: September 19, 2018

Summary

Burada bir saf uniaxial yükleme makinesi geliştirmek için bir protokol mevcut. Kritik dizayn yönlerini doğru ve tekrarlanabilir test sonuçları sağlamak için istihdam edilmektedir.

Abstract

Doğru ve hassas mekanik test açısından, süreklilik makineleri çalıştırmak. Ticari platformlar mükemmel doğruluk teklif ise, bunlar genellikle $100.000-200.000 $ fiyat aralığında fiyat maliyet engelleyici, olabilir. Diğer uçta tek başına el ile bu kez eksikliği tekrarlanabilirlik ve doğruluk (Örneğin, el ile bir krank aygıt) aygıtlardır. Ancak, bir kişilik belirtilmişse, tasarım ve bir şey aşırı ayrıntılı makine aşırı mühendislik öyle. Yine de, nerede makineleri tasarlanmış ve şirket içinde bir hareket değil ulaşılabilir Laboratuvarı mevcut makinelerle gerçekleştirmek için inşa durumlar vardır. Burada ayrıntılı olarak açıklanan böyle bir cihaz var. Saf uniaxial yükleme sağlayan bir yükleme platformdur. Standart yükleme makineleri genellikle ekseni boyunca doğrusal yükleme oluşur ve döner yükleme hakkında eksen oluşur biaxial bulunmaktadır. Bu makineler ile test sırasında diğer ucunu sabit kalırken bir yük örnek tek bir amaç için uygulanır. Bu sistemler gerilim/sıkıştırma eşit numune biter uygulandığı saf Aksiyel test iletken yeteneğine sahip değildir. Eşit ve zıt Bu yazıda geliştirilen platform sağlar örnekleri yükleniyor. Burada süre o-ebilmek var kullanılmış için sıkıştırma, odak kullanımı üzerinde saf gerilme yüklüyor. Cihaz ticari yük hücreleri ve Aktüatörler (nakliyeciler) içerir ve şirket içinde yapılmış makineler ile olduğu gibi bir çerçeve ticari parçaları ve test etmek için fikstür tutmak için işlenmiş.

Introduction

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

Mekanik test tekrar test etme donanımları, Stanley Rockwell tarafından yirminci yüzyılın başlarında geliştirilen sertlik takip edilebilir ilginç bir geçmişi vardır. Standart, belgeli uygulamalar için özel testler1,2,3, taşıma için yönergeleri makine performansı doğrulama rehberlik ölçüde bu teknoloji büyüdü iken 4. bugün, her inşaat malzemeleri beton, çelik ve ahşap gıda ve tekstil ürünleri5,6,7,8,9 gibi mekanik testleri yapılır . Verilen bu mekanik test Biyomedikal Mühendisliği ve, özellikle, biyomekanik alanlarında kullanmak, yükleme makineleri biyomekanik Labs'de olağan hale geldi.

Yükleme makineleri ölçek aralığı biyomekanik çalıştırın. Örneğin, büyük yükleme makineleri tüm vücut etki çalışmaları gerçekleştirmek veya makineleri fare kemik sınamak veya hücreleri10,11uyarmak için kullanılan daha küçük yüklerken insan femur mekanik özellikleri belirlemek için kullanılabilir, 12,13,14. İki tür yükleme makineleri test laboratuarı bulunur; ticari olarak satın alınan ve Kullanıcı tarafından oluşturulan. Şirket içinde geliştirilen yükleme makineleri genellikle onların kişiselleştirme ve özelleştirme seçenekleri15için tercih.

Böylece bir deplasman uygulanabilir, test, bir numune içinde belgili tanımlık makine ölçülebilir bir güç üreten sabitlenir. Yükü sürüş geribildirim kullanılırsa, yük kontrollü testtir; Deplasman sürüş geribildirim kullanılırsa, deplasman kontrollü testtir. Yükleme makineleri, genel olarak, sabit bir destek için bir taşıyıcı bağlayan bir çerçeve üzerine inşa edilir. Bu nedenle, genellikle test diğer ucunu sabit kalırken taşınmakta olan örnek bir ucunu içerir.

Şekil 1 ' de gösterilen temel bileşenleri gösteren bir basit yükleme makine bir kroki var. Tüm yükleme makineleri için temel bir temel veya çerçeve var. Ticari markalar büyük çoğunluğu sabit Bankası kullanmak ise, çizim düzlemsel (XY) hareket sağlar bir platform gösteriyor. Taşıyıcı, bu durumda, bir yük hücresi tutan ve step motor tarafından tahrik edilmektedir üst kol var. Çerçeveye bağlı numune tutan ve çalıştırılan test türü dikte armatürleri bulunmaktadır. Çizimde gösterildiği üç sayılık bend armatürleri bulunmaktadır. En iyi fikstür (tek kişi) hareket kolu monte edilir; alt fikstür (çift kişi) sabit tabanına monte. Test sırasında motor üst fikstür aşağı nerede numune merkezi temas sapmaz için sürücüler. Kişiyi örnek yürütmektedir gibi yük hücresi artış direnci veya numune yerleştirilen kuvvet kaydeder.

Nerede makineleri tasarlanmış ve şirket içinde bir hareket değil ulaşılabilir Laboratuvarı mevcut makinelerle gerçekleştirmek için inşa durumlar vardır. Burada böyle bir cihaz ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Her iki uçta da etkinleştirir saf uniaxial numune yükleme veya eşit ve zıt hareket bir yükleme platformudur. Birleştirmek belgili tanımlık aygıt ticari yük hücreleri ve Aktüatörler (nakliyeciler); çerçeveyi ticari parçaları ve numune test için yükleme fikstür tutmak için işlenmiş. Test makine inşaat temel ilkeleri anlayış kendi makine tasarımında yardımcı olabilir. Biz hazırladık çizim dosyaları araştırmacılar kendi makine gelişimi ile yardımcı olmak için bir başlangıç noktası olarak yarattık. Video aygıtı ve hizalama ve güvenilir test emin olmak için uygulamayı mekanik tasarım ilkeleri Meclisi ele alınacak.

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

Not: Bitmiş belgili tanımlık aygıt Şekil 2' de gösterilmiştir. Saf uniaxial bir yatay pozisyonda örneklerin test sağlayan.

1. bilgi aktarma

  1. Aktüatör birlikte çekme/itme için programlanmış zaman 60 mm (2,3 inç) kapsayan yetenekli başına 30 mm (1.2 inç) seyahat ile iki programlanabilir aktüatörler hazırlayın. Çeşitli olası kullanımlar yapabilmek için select aktüatörler bir makul olan kapasite [67 N (15 lb)] zorlamak, zirve itme [58 N (13 lb)], hız Çözünürlük [0.9302 µm/s (0.00004 içinde / s)] ve tek yönlü doğruluk [25 µm (0,001 inç)].
  2. Papatya Zinciri onları uzantısı/retraksiyon eşit bir uygulama için eşitlenecek aktüatörler.
  3. Aktüatör için sürüş hareket sağlamak için bir 24 V denetleyicisine hazırlamak; Bu sistemleri hassas lineer hareket bir vida leadscrew döndürme tarafından etkinleştirin.
  4. İki yük hücreleri 44.5 N (10 lb) maksimum güç kapasitesi ile hazırlayın. Düşük profil veya kapalı alanlarda için ideal olan teneke kutu tarzı yük seçin.
  5. Demiryolu/taşıma blok sistemi hazırlamak. Bir demiryolu ve iki küçük yük arabalar hazırlamak; bir her aktüatör tutmak için. Çünkü çelik pas, cihazın hidrasyon gerektiren malzemeler için kullanılacaktır paslanmaz çelik malzeme seçin; Tüm diğer amaçlar için kabul edilebilir çeliktir.
    Not: Mor olarak gösterilen demiryolu/taşıma blok yükleme platformun patladı görüntülemek Şekil 3' te verilmiştir.

2. kare İnşaat

Not: açıklayıcı amaçları için grafik renk kodlu bir platformdur.

  1. Stok Malzeme Alüminyum hazırlayın. Alüminyum, maliyet-etkililik ve işleme kolaylığı için seçin. Her iki tabak hazırlamak ve ' L' şeklinde açı hisse senedi.
  2. Hisse senedi makine armatürleri malzeme hazırlamak. Pleksiglas seçin; basit sağlamdır.

3. metal taban ve yan plaka (Frame) derleme

  1. Yaklaşık 64 x 15 x 1.3 cm (25 x 6 x 0.5 inç) olduğundan emin alüminyum stoktan taban plakası kesti. Fabrikasında kenarları temizlemek ve taban plakası son boyutları için kesti.
  2. Makine Fabrikası, ek dosyaları sağlanan belirtimlerine göre düz plaka.
  3. Kabul et, uçak düzeyi sağlanması.
  4. 0.0126 mm (0.0005 inç) bir hoşgörü ile yan plakalar hizalamak için taban plakası içine bir parça makine.
  5. Ek dosyaları sağlanan belirtimlerine göre makine yan tabaklar.
  6. Matkap ve yan kaplamalar alt yüzündeki dokunun.
  7. Parça dik yan plakalar monte.
  8. (Şekil 4) altında temel plakasına yan plaka bağlayın.

4. bağlama raylı/taşıma derleme için çerçeve

  1. Makine montaj çizim bağlantılar (Şekil 5) belirtimlerine göre demiryolu/taşıma derlemenin etkinleştirmek için her yan plaka ön yüzü içine izler.
  2. Demiryolu tren yolu ile delik delinir ve (#10-32 vida karşılamak için) her yan plaka delikler vurdu izni ile izlenecek bağlayın.

5. arka Mount eki aktüatörler

  1. Makine arka Dağı eklerinden ' L' şeklinde açı stok ek dosyaları sağlanan belirtimlerine göre.
  2. Kama yuvası hizmet ve binmek ek dosyaları sağlanan belirtimlerine göre yan plaka üzerinde işlenmiş parça monte sonuna eklemek için bir bar makine. Bar mount dibine canı cehenneme.
  3. Harekete geçirici izni için arka takma Bankası ile bir delik matkap.
  4. Arka Dağı erişim düzeneği ile ticari çalıştırıcı delik şeklinde gövdesi iliştirin.
    Not: arka montaj yapmak için bir art arda doğrudan aktüatörler stokta gel küçük #2 metrik vidalar kullanılarak çerçeveye aktüatör takmak için ihtiyacı ortadan kaldırmak için nedenidir. Objektif yuvasının iç konuları tekrar tekrar kullanımı ile aktüatör ve sıyırma endişe ortadan kaldırır.
  5. Arka aktüatör Dağı üzerinden iki kare vida için eklemek için mount Bankası yuvası.
  6. Matkap ve delik (#10-32 vida karşılamak için) bir dizi dokunun yan plakalara bu örnekler farklı boyutlarda karşılamak için arzu edilir için ayarlanabilir montaj ek izin açık yüz parça kanat.

6. ön Mount Eki ile aktüatörler lamak

Not: Açık yoluyla takma ise bir ' ön aktüatörün için satır başı ekler L' şeklinde parça. Aktüatör fiziksel olarak bağlama ile değil; Bu yolu ile aktüatör ucundan genişletmek konektörler bir dizi ekler.

  1. Makine açık Dağı eklerinden ' L' şeklinde açı stok ek dosyaları sağlanan belirtimlerine göre.
  2. Konik bağlayıcı sığması için açık Dağı tabanındaki bir delik.
  3. Makine bir parça bir tabak karşılamak için açık dağ tarafında.
  4. Makine fikstür karşılamak için bir parça ile plaka.
  5. Makine bir alüminyum, çizim bağlantıları sağlanan belirtimlerine göre silindirik bağlayıcı. Bu adaptör yük hücresi için aktüatör bağlanır.
  6. Matkap ve Aksiyel montaj ve uyum yük hücresi ve aktüatör desteklemek için bağlayıcı aktüatör ucunda #2 metrik vida ve yük hücre ucunda #6 Metrik vida için dokunun.
  7. İki özdeş bağlayıcılar, her yük hücresi için bir makine için bu süreci tekrarlayın.
  8. Makine bir alüminyum, konik, çizim bağlantıları sağlanan belirtimlerine göre silindirik bağlayıcı. Bu adaptör, Fikstür ve taşıma için yük hücresi bağlanır.
  9. Matkap ve dişli yük hücre bağlantısı bir ucunda konektöre dokunun.
  10. Silindir ön aktüatör Dağı deliğe geçmek ve silindir sonuna tutturmak bir set vida kullanın.
  11. Sağ ve sol aktüatörler için sistemi yinelenen.
    Not: Şekil 6' da gösterildiği gibi monte sonra Bankası aktüatörün katı yan plakasına eklenir. Aktüatör ön taşıma için bağlı olduğu ve aktüatör genişletilmiş ve geri çektiği gibi arabayı itti ve çekti. Bu fikstür eki ve numune yükleme için çerçeve sağlar.

7. armatürleri

  1. Ek dosyaları (Şekil 7) sağlanan belirtimlerine göre demirbaşlar makine.
  2. Yüksekliği karşılamak için fikstür tutucu Merkezi, dikey bir slot makinesidir.
  3. Dikey olarak plaka orta hizalı aktüatör açık bağlar (#10-32 vida karşılamak için) üç delinmiş ve vurdu delikleri ile dikdörtgen plaka ekleyin.
  4. Yükseltmek veya sulu testleri için serum fizyolojik banyo kullanılıyorlarsa sahibi gerektiğinde, örneğin, düşük ve vida ile güvenli.

8. çalışma usulü:

  1. Download uzaktan aygıt16denetlemek için aktüatör bilgisayar yazılımı.
  2. 6-pin Mini-DIN erkek dişi PS/2 uzatma kablosu ile bilgisayar ve 24 V denetleyicisi arasında bağlantı oluşturma; Her aktüatör denetleyicisi iki 6-pin Mini-DIN konektörü kablo bağlantılarına sahiptir.
  3. Aktüatörler için standart bir bilgisayar bağlamak için bir USB için 6 uçlu Mini-DIN dönüştürücü kullanın; dönüştürücü bir kadın 6-pin Mini-DIN konektör ucu ve bir USB bağlantı noktası içerir.
  4. Papatya Zinciri aktüatörler bir tek bilgisayar kablosu işlem için yeterli veya alternatif olarak, bir HDMI adaptör USB adaptör yerine kullanın.
  5. Aktüatörler 24 V güç kaynağına bağlayın.
  6. Bir kez bağlı ve olduğundan, aygıtları seçin ve aktüatör performans özelleştirebilirsiniz.
  7. Alternatif olarak, aktüatörler el ile her Aktüatör üzerinde arama tarafından kurulum için yararlı olduğu kontrol.
    Not: Bu yazılım herhangi bir standart işletim sistemi için geçerlidir. Bu yazılım ile aktüatörler için ayarlanan herhangi bir uzaklık değişen hızlarda taşındı, ayarlanan uzaklık senkronize veya birbirleriyle uyum içinde taşımak için senkronize.

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

Sistem kullanımını doğrulamak için yürütülen17aktüatör hız ve performans testleri çıktı. Bu testler aktüatör hız ve mesafe ile karşılaştırıldığında giriş değerleri ölçme oluşuyordu. Örnek seyahat etmek mesafe doğruluğunu doğrulamak için rasgele seyahat mesafeler boyunca şaft 254-2540 µm (0.01 - 0,10 inç) arasında seçildi. Cihaz bu mesafeleri koşmak yapıldı ve gerçek uzaklık ölçer blokları ve davet ölçerler bileşimlerini kullanarak ölçülen karşılaştırıldığında. Seçilen mesafeler sık kullanılan % 1 - % 10 gerilme oranı temsilcisi hücresel test edildi. Testi için olan sonuçlar mesafe giriş < %4 sapma gösterdi.

Aktüatör hızı test etmek için rasgele rasgele hızları bu aktüatör yetenekleri span seçilmiştir. Hızı değerleri arasında değişiyordu 1-28.000 µm/s (0.00004 - 1. 1 ' / s). Bu hız, mesafe ve zamanlama aktüatör hareket ayarlayarak aygıtın hesaplanan hızını sonra karşılaştırıldı. Hız testi için bir tam dönem uzatma ve kasılma aktüatör tamamlayacak. Bu testten aktüatör hız giriş % 10 sapma içinde bulundu. Tüm test sonuçları > 0.999 r2 değeri vardı. Aktüatörler değil aşırı doğrulamak için her aktüatör onun maksimum hız ve mesafe ile sağlanıncaya. Sıcaklık 1 h için her 5 dk sonra kaydedildi ve 39.9 ° c'ı hiçbir zaman aşmaz bulundu Tüm doğrulama sınamalarını gerçekleştirilen en az 3 x.

Performansını test etmek için saf uniaxial cihazın sabit-sonu yapılandırması kullanılmış ve test sonuçlarını da içi18geliştirilen bizim mevcut yükleme platformu karşılaştırıldığında. On 2-0 dikişler her ikisi makine hatası için test edildi. Dikiş örnek ortasında bir stres yükseltici oluşturmak ve fikstür stresten aktarmak için üç deniz mili ile düğümlü. 25,4 mm (1,0 inç) ölçüm uzunluğunu 0,61 mm/s yükleme oranı ile kullanılmıştır (0.024 içinde / s). Aynı test sonra varolan yükleme makine, nerede aktüatör hız 1.22 mm/s için iki katına gerçekleştirildi (0.048 içinde / s) için tek aktüatör telafi etmek için. Tüm test 44,5 N (10 lb) yük hücreleri kullanarak tamamlandı. Ayrıca, saf uniaxial test göreli uçları arasında hiçbir fark doğrulamak için tamamlandı. Tipik dikiş Arsa Şekil 8' de verilmiştir. Gri kesikli çizgi Siyah noktalı çizgi için varolan sabit uç aygıttan karşılaştırıldığında saf uniaxial cihazdan sonuçları temsil eder.

Tüm testler, dikiş düğüm başarısız oldu. Sertliği en fazla oluşan ölçümleri yük ve deplasman başarısızlık, p < 0,05 için iki makine arasında istatistiksel fark gösterdi. Bir kez bu cihazlar istatistiksel olarak benzer sonuçlar vermiştir belirlendi, daha fazla test yapılmıştır. Dikiş malzeme özellikleri saf ve sabit uç yapılandırmalarında saf uniaxial aygıtını kullanarak elde edilen istatistiksel olarak farklı17değildi.

Figure 1
Şekil 1: basit yükleme makinesi ile donatılmış bir üç nokta bükme fikstür ile. Tasarım boyunca X - ve y-makine çok yönlülük ekleme Axes, düzlemsel hareket içermektedir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2: gösterilen fabrikasyon cihazla (üst) bilgisayar modeli muadili (alt). Uniaxial makine bileşenleri alüminyumdan imal edilmiştir. Bir katı model cihazın planlama aşamalarında kullanılmaktadır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3: mor olarak gösterilen demiryolu/taşıma blok yükleme platformun şemayı göster. Ticari arabaları ve Kılavuzu demiryolu hizalama ve eksen üzerinde hareket emin olun. Şemayı göster Makine montajı vida kullanımını göstermektedir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4: yan plakalar monte taban plakası parça. Baz istasyonunun alt aracılığıyla taban plakası için yan plakalar tak. Resimde görüldüğü gibi ön yüzleri yan plakaların demiryolu barındıran işlenmiş bir parça var. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 5
Şekil 5: mor olarak vurgulanan demiryolu ve taşıma sistemi. Demiryolu/satır bloğu düzgün demiryolu kayma etkinleştirmek iki rulman arabaları oluşur. İşlenmiş parça hizalanmasını sağlar iken derlemede, blok yan plakalar önüne monte edilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 6
Şekil 6: derleme yükleme cihaz çizim. Aktüatör'ın ön montaj demiryolu için bağlı olduğu ve uzantısı/retraksiyon aktüatör uç örnek taşır. Demiryolu/taşıma blok mor olarak gösterilir; aktüatör bağlar (ön ve arka) pembe renkte gösterilir; Bağlayıcılar kırmızı renkte gösterilir; fikstür sarıyla gösterilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 7
Şekil 7: Pleksiglas sürtünme kelepçeler dikey, oluklu yolda. Oluklu bir parça ve eklenmesi için dikey hizalama sağlar ve çevresel bir banyo (gösterilmez) kullanın. Bu ayar için izin vermek için set vida yükseltmek ve parça düşürmek için kullanılır. Sol görüntü ön ayrılmış fikstür derlemesinden gösterir; doğru görüntü arka fikstür derlemesinden gösterir. Numune kavrama için tırtıklı dişler kıskaç işlenmiş. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 8
Şekil 8: bir dikiş denemedir verilerden yük-deplasman Grafik hatası için test dikiş bir yük-deplasman eğrisini bir komplodur. Dikiş bir lif ve burada bir başarısızlık eğrinin tipik şekli göstermek için kullanılır. Eğer bir makine imalatı, sicim veya iplik için benzer bir sonuç yerine. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Aktüatör açık Mount: Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız. 

Aktüatör Mount : Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız. 

Plaka temel : Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız. 

Alt kelepçe : Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız. 

Satır başı : Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız. 

Yük hücresi bağlayıcı : Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız. 

Demiryolu : Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız. 

Yan plakalar : Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız. 

Kaymak kol : Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız. 

Üst kelepçe : Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız. 

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

Bu eser amacı tasarım ve kullanımı için bir maliyet-etkin ve güvenilir uniaxial yükleyici doku ve elyaf gibi küçük ölçekli örnekler ile imal oldu. Bir aygıt aynı zamanda Kullanıcı büyümeye ihtiyacı olduğu sahte olduğu ortaya yeni ekler kaydedilmesin tasarımında esnek olmak belirtilen gereksinimleri yerine inşa edilmiştir. Örneğin, aygıt uniaxial veya sabit uç yapılandırmasında kuru ve nemli örneklerin test etmek için izin verir.

Malzeme, ticari bileşenleri (bakım) ve performans değerlendirme ve esneklik sisteminin tasarım ve imalat yükleme aygıt yüklenmesini kritik adımlar içerir. Tüm işleme standart bir değirmen tamamlandı. Alüminyum ve pleksiglas çerçeve ve demirbaşlar için gerekli sertlik sağlar. Ticari bileşenleri erişim düzenekleri ve demiryolu/taşıma blok sistemi oluşur. Aynı aktüatörler gerilim ve sıkıştırma için kullanılır. Bu, ne zaman onlar are üstünde ama kullanımda, motor gücüne leadscrew bir tork oluşturmaz ve aktüatörler değil aşırı böylece durdurulur değil verilen de mekanik test içinde çalışma platformları. Ayrıca, demiryolu/taşıma blok sistemi hizalama ve kolay bakım sağlar. Sistem 15 mm (0.6 inç) binmek iki rulman vida arabaları kullanır-geniş parça. Bir satır başı yan plaka aktüatör demiryolu için bağlanmak için kullanılır. Derleme 7800 N (1750 lb) dinamik yük kapasitesine sahiptir ve çok çeşitli örnekler kapasitelidir. Arabalardan iç yağı su depoları yağlama korumak için içerir. Fikstür numune test sırasında platforma tutun. Böylece uzantısı/retraksiyon aktüatörün yük numune için geçerlidir örnek tutarak ek olarak, Fikstür aktüatör için ekleyin. Farklı ortamlarda gerektirecektir örneklerin geniş bir kabul ettirmek için test için su/medya banyo içine indirdi armatürleri dikey olarak ayarlanabilir tasarlamanıza olanak tanır. Bir çift açılı kesici (90 °) kullanarak Pleksiglas kesmek ciddi 'bir artan sıkma ve numune gücünü test sırasında tutarak etkinleştirmek diş' oluşturun. Sahibi tabanında plaka genişliği boyunca çalışan bir yatay yuvasıdır. Tırtıklı kelepçe yuvaya slaytlar ve yerde bir vida ile düzenlenmektedir. Yuvası hoşgörü [+ 0.0127 mm (0.0005 inç) nedeniyle], tek bir vida yuvası büküm gelen tutar ve düzlemsel hizalama tutar fikstür tutmak yeterlidir.

Tasarım temel mekanik ilkeleri izlediyseniz, makine sağlamdır ve sorun giderme en az düzeydedir. Tüm ticari bileşenleri cihazın tasarımı sonra ama bu imalatı önce satın. Ticari parçalar ile karar verme yardım el üzerinde olması ve fiziksel ölçüm boyutları ve burada belirtilenler farklılık gösterebilen konu için sağlar. Cihazın standart test etmek için kullanılacak ise, cihaz fikstür yüksekliği ayarlanabilir ortadan kaldırarak onun tasarımında esneklik çoğunu ortadan kaldırarak Basitleştirilmiş ve parça uzunluğu.

Bu sistem maliyet-etkin bir şekilde bizim laboratuarımızda mevcut testleri değil için sağlar. Ayrıca, bu aygıt gereksiz yere mevcut teknolojilerin yinelenen değil bu yüzden saf uniaxial makineleri yaygın olarak piyasada bulunan değildir. Ancak, basit tasarım teknikleri uyguladıysanız ve saf uniaxial yükleme yapmanın birkaç yolu vardır; bir tek burada gösterilir. Ticari cihazlar için düzlemsel biaxial yükleme var ama bu maliyet-uniaxial yükleme amacıyla engelleyici vardır.

Saf uniaxial yükleme makinesi yaklaşık 4.000 $ toplam maliyet için geldi. Bu fiyat bir ticari bileşenleri (aktüatörler, denetleyicileri ve yük hücreleri) ürünüdür. Metal işleme şirket içinde hiçbir ücret ödemeden tamamlandı ve malzeme maliyeti 100 $ altında yapıldı. Süresi yaklaşık 60 saat hakkında $75/h, bir tipik işleme hızı ile oldu aslında fiyat iki katına tahmin ediyoruz. Ama, metal makine cihazın önemlidir yerine üç boyutlu (3-D) Plastikten yazdırın. Çerçeve yükleme desteklemek için sert olmalı. Çerçevesi yaklaşık 1,25 cm (0,5 inç) kalın, çerçeve kolayca gelecekte kendi kullanımı için ekleme örnek 2 x - 3 x olarak güçlü, destek vereceğini. Buna karşılık, ticari yükleme makineleri 100.000 $ kolayca aşabilir. Ancak, bu ticari makineler yük denetim veya öteleme-kontrol testinin sağlayan yorumu ekle unutmamak gerekir. Bu platform deplasman denetim (aktüatör hareket) kullanır ve aşırı karmaşık değildir. Mekanik test gerek araştırmacılar küçük bir çaba ile onlar kendi yükleme platformları geliştirebilir bulacaksınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Bu eser ulusal kurumları sağlık NIDCR [DE022664] tarafından desteklenmiştir.

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).
Uygulama tasarım yönlerini Uniaxial yükleme makinesi geliştirme
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