Uniaxial लोडिंग मशीन विकास में डिजाइन पहलुओं के अनुप्रयोग
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
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 ।
Protocol
Representative Results
Discussion
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 …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस कार्य को राष्ट्रीय संस्थानों के स्वास्थ्य NIDCR [DE022664] ने समर्थन दिया ।
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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