Anwendung von Gestaltungsmerkmalen einachsiger Belastung Maschinenentwicklung
Summary
Hier präsentieren wir ein Protokoll, um einen reinen einachsigen Lademaschine entwickeln. Kritisches Designaspekte werden eingesetzt, um genaue und reproduzierbare Testergebnisse zu gewährleisten.
Abstract
In Bezug auf die genaue und präzise mechanische Prüfungen, ausführen Maschinen des Kontinuums. Während kommerzielle Plattformen ausgezeichnete Genauigkeit bieten, können sie kostspielig, werden oft günstig in der Preisklasse von $100.000 – $200.000. Das andere extrem sind Stand-Alone-manuelle Geräte, oft fehlende Reproduzierbarkeit und Genauigkeit (z.B. eine manuelle Kurbel Einrichtung). Wenn eine einzelne Verwendung angezeigt wird, ist jedoch über engineering, Design und Maschine etwas zu erarbeiten. Dennoch gibt es Gelegenheiten, wo Maschinen sind entworfen und selbst gebaut, um einen Antrag nicht erreichbar mit den vorhandenen Maschinen im Labor zu erreichen. Hier im Detail beschrieben, ist ein solches Gerät. Es ist eine Ladefläche, die reinen einachsigen Laden ermöglicht. Standard-Belademaschinen sind in der Regel biaxialen, dass lineare laden entlang der Achse erfolgt und rotary laden über die Achse erfolgt. Während des Tests mit diesen Maschinen ist eine Last an einem Ende der Probe angewendet, während das andere Ende fixiert bleibt. Diese Systeme sind nicht in der Lage rein axiale testen in der Zug/Druck gleichmäßig bis an die Enden der Probe angewendet wird. In diesem Papier entwickelte Plattform ermöglicht die gleiche und entgegengesetzte Laden von Proben. Während es für die Komprimierung verwendet werden kann, wird hier der Fokus auf seine Verwendung in reinen Zugfestigkeit geladen. Das Gerät verfügt über kommerzielle Wägezellen und Aktoren (Aufsteiger), und wie mit selbst gebauten Maschinen der Fall ist, wird ein Frame bearbeitet, um die kommerziellen Teile und Befestigungen für die Prüfung zu halten.
Introduction
Mechanische Prüfungen, hat eine interessante Geschichte, die auf Härte Prüfgeräte von Stanley Rockwell entwickelte in den frühen zwanzigsten Jahrhunderts zurückverfolgt werden kann. Während Technologie gewachsen ist, in dem Maße, in dem standard, dokumentierte Praktiken führen alles von der Überprüfung der Leistung der Maschine zu den Leitlinien für die Durchführung spezifischer Tests1,2,3, 4. heute mechanische Prüfungen werden durchgeführt, über alles, von Baustoffen wie Beton, Stahl und Holz, Nahrung und Textile Produkte5,6,7,8,9 . Angesichts der Tatsache, dass die Felder der Biomedizintechnik und, genauer gesagt, Biomechanik mechanische Prüfungen nutzen, sind Lademaschinen an der Tagesordnung in Biomechanik-Labors.
Lademaschinen laufen die Palette der Maßstab in der Biomechanik. Als Beispiel können größere Lademaschinen zur Ganzkörper-Impact-Studien durchführen oder menschlichen femorale mechanische Eigenschaften beim kleineren laden Maschinen verwendet werden können, um testen murine Knochen oder stimulieren Zellen10,11bestimmen, 12,13,14. Zwei Arten von Lademaschinen werden im Prüflabor gefunden; diejenigen, die im Handel gekauft werden und diejenigen, die vom Benutzer erstellt werden. Lademaschinen Eigenentwicklungen sind oft für ihre Personalisierung und Individualisierung Optionen15begünstigt.
Bei der Prüfung, ist ein Exemplar in der Maschine gesichert, so dass eine Verschiebung angewendet werden kann, erzeugt eine messbare Kraft. Wenn die Last als die treibende Feedback verwendet wird, ist der Test Last kontrolliert; Wenn die Verschiebung als die treibende Feedback verwendet wird, ist der Test Verschiebung gesteuert. Lademaschinen, sind im Allgemeinen auf einen Rahmen aufgebaut, die an einem festen Träger einen Mover verbindet. Als solche beinhaltet die Prüfung in der Regel ein Ende der Probe verschoben wird, während das andere Ende fixiert bleibt.
In Abbildung 1 dargestellt ist eine Skizze von einer einfachen Lademaschine demonstriert seine grundlegenden Komponenten. Grundlegend für alle Lademaschinen ist eine Basis oder Rahmen. Während die überwiegende Mehrheit der Handelsmarken von einem festen Ort nutzen, zeigt die Zeichnung eine Plattform, die planar (XY) Bewegung ermöglicht. Die Mover ist in diesem Fall den Oberarm, der hält einer Wägezelle und wird von einem Schrittmotor angetrieben. Am Rahmen befestigt sind die Vorrichtungen, die die Probe halten und bestimmen die Art des Tests, die ausgeführt wird. In der Zeichnung dargestellt sind drei-Punkt-Biegung Befestigungen. Die obere Befestigung (Ansprechpartner) ist mit dem beweglichen Arm montiert; die untere Befestigung (Doppelkontakt) wird die stationäre Basis montiert. Während der Tests treibt der Motor die oberen Halterung nach unten, wo die Innenleiter die Probe einrastet. Als der Kontakt die Probe greift, verzeichnet die Wägezelle der Anstieg der Widerstand oder die Kraft auf die Probe gestellt.
Es gibt Gelegenheiten, wo Maschinen entworfen und selbst gebaut, um einen Antrag nicht erreichbar mit den vorhandenen Maschinen im Labor zu erreichen. Hier beschreiben wir ausführlich ein solches Gerät. Es ist eine Ladefläche, die an beiden Enden ermöglicht reinen einachsigen Probe laden oder gleiche und entgegengesetzte Bewegung. Das Gerät verfügt über kommerzielle Wägezellen und Aktoren (Mover); ein Frame ist bearbeitet, um die handelsüblichen teilen und laden Vorrichtungen zur Probe testen zu halten. Verständnis der grundlegenden Prinzipien der Prüfung Maschinenbau kann bei der Gestaltung der eigenen Maschine helfen. Wir haben die Zeichnungsdateien erstellt wir als Ausgangspunkt, Forscher mit ihrer eigenen Maschinenentwicklung zu unterstützen. Das Video konzentriert sich auf die Montage des Gerätes und die Anwendung der mechanischen Design-Prinzipien auf Ausrichtung und zuverlässige Tests zu gewährleisten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das Ziel dieser Arbeit war zu entwerfen und fertigen eine kostengünstige und zuverlässige einachsige Loader für den Einsatz mit kleinen Proben wie Gewebe und Fasern. Ein Gerät wurde aufgebaut, die erfüllt die Anforderungen, die gleichzeitig flexibel genug, im Design für neue Anlagen, die hergestellt werden, da der Benutzer wachsen muss zu ermöglichen. Beispielsweise ermöglicht das Gerät für die Prüfung von trockenen und nassen Proben in einer einachsigen oder fest-End-Konfiguration.
<p class="jove_content"…Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von den nationalen Instituten Gesundheit NIDCR [DE022664] unterstützt.
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 |
Referenzen
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