Aplicação de aspectos do Design no desenvolvimento de máquina de carregamento Uniaxial
Summary
Aqui nós apresentamos um protocolo para desenvolver uma máquina de carregamento uniaxial puro. Aspectos de concepção crítica são empregados para garantir resultados de testes precisos e reprodutíveis.
Abstract
Em termos exatos e precisos testes mecânicos, máquinas executar o continuum. Considerando que as plataformas comerciais oferecem excelente precisão, podem ser financeiramente inviável, muitas vezes um preço na faixa de preço de US $100.000 – $200.000. No outro extremo são dispositivos autônomos manuais que muitas vezes falta de repetibilidade e precisão (por exemplo, um dispositivo manual de manivela). No entanto, se uma única utilização é indicada, é excesso engenharia para projeto e máquina algo excessivamente elaborado. Todavia, há ocasiões onde as máquinas são projetadas e construídas internamente para realizar um movimento não atingível com as máquinas existentes no laboratório. Descrito em detalhes aqui, é um tal dispositivo. É uma plataforma de carregamento que permite o carregamento uniaxial puro. Máquinas de carregamento padrão normalmente são biaxial carregamento linear ao longo do eixo e o carregamento giratório ocorre sobre o eixo. Durante o teste com estas máquinas, uma carga é aplicada a uma extremidade da amostra, enquanto a outra extremidade permanece fixa. Estes sistemas não são capazes de conduzir testes axial pura em que tensão/compressão é aplicada igualmente para as extremidades do espécime. A plataforma desenvolvida neste artigo permite que o igual e oposta a carregar de espécimes. Enquanto ele pode ser usado para compressão, aqui o foco é sobre a sua utilização em pura elasticidade a carregar. O dispositivo inclui células de carga comercial e atuadores (motores) e, como é o caso com máquinas construídas internamente, um frame é usinado para segurar as peças comerciais e dispositivos elétricos para testes.
Introduction
Teste mecânico tem uma história interessante que pode ser rastreada até Equipamento desenvolvido por Stanley Rockwell no início do século XX de ensaio de dureza. Enquanto a tecnologia tem crescido na medida em que práticas padrão, documentadas tudo guia de verificação do desempenho da máquina para as orientações para a realização de testes específicos1,2,3, 4. hoje, os ensaios mecânicos são conduzidos em tudo, desde materiais como concreto, aço e madeira, alimentos e têxtil produtos5,6,7,8,9 . Dado que os campos da engenharia biomédica e, mais especificamente, biomecânica utilizam testes mecânicos, máquinas de carregamento são comuns em laboratórios de biomecânica.
Carregamento de máquinas executadas o intervalo de escala em biomecânica. Por exemplo, máquinas de carregamento maiores podem ser usadas para realizar estudos de impacto de corpo inteiro ou determinar propriedades mecânicas femorais humanas, enquanto a menor carga de máquinas podem ser usadas para testar murino ossos ou estimular células10,11, 12,13,14. Dois tipos de máquinas de carregamento são encontrados no laboratório de testes; aqueles que são adquiridos comercialmente e aqueles que são criados pelo usuário. Máquinas de carregamento desenvolvidas em casa muitas vezes são favorecidas por suas opções de personalização e customização15.
Em testes, um espécime é garantido na máquina para que um deslocamento pode ser aplicado, gerando uma força mensurável. Se a carga for usada como o feedback de condução, o teste é controlado por carga; Se o deslocamento for usado como o feedback de condução, o teste é controlado por deslocamento. Máquinas de carregamento, em geral, são construídas sobre um quadro que se conecta a um motor a um suporte fixo. Como tal, testes geralmente envolve uma extremidade da amostra sendo movida enquanto do outro lado permanece fixo.
Mostrado na Figura 1 é um esboço de uma máquina de carregamento simples demonstrando seus componentes básicos. Fundamental para todas as máquinas de carregamento é uma base ou quadro. Considerando que a grande maioria das marcas comerciais utiliza uma base fixa, o desenho retrata uma plataforma que permite planar movimento (XY). O motor, neste caso, é a parte superior do braço que contém uma célula de carga e é impulsionado por um motor de passo. Anexado ao quadro são os dispositivos elétricos que detém o espécime e ditam o tipo de teste que é executado. Na figura são dispositivos elétricos de curva de três pontos. A fixação superior (o único contato) é montada com o braço em movimento; a fixação do fundo (o contato duplo) é montada na base estacionária. Durante os testes, o motor conduz a fixação superior para baixo, para onde o contact center contrata o espécime. Como o contato se envolve o espécime, célula de carga registra o aumento na resistência ou a força colocada sobre o espécime.
Há ocasiões onde as máquinas são projetadas e construídas internamente para realizar um movimento não atingível com as máquinas existentes no laboratório. Aqui descrevemos detalhadamente um tal dispositivo. É uma plataforma de carregamento que permite puro espécime uniaxial carregando ou igual e oposta de movimento em ambas as extremidades. O dispositivo inclui células de carga comercial e atuadores (motores); um frame é usinado para segurar as peças comerciais e dispositivos elétricos de carregamento para a amostra de teste. Compreender os princípios básicos da construção de máquina testes pode auxiliar na concepção da própria máquina. Temos desde os arquivos de desenho que criamos como ponto de partida para ajudar os investigadores com seu próprio desenvolvimento de máquina. O vídeo irá focar a montagem do dispositivo e a aplicação dos princípios de projeto mecânico para garantir o alinhamento e teste de confiança.
Protocol
Representative Results
Discussion
O objetivo deste trabalho foi projetar e fabricar um carregador uniaxial econômico e confiável para seu uso com amostras em pequena escala, tais como tecidos e fibras. Um dispositivo foi construído que atendidos os requisitos estabelecidos, apesar de também ser flexível o suficiente no projeto para permitir novos anexos para ser fabricado como o usuário precisa crescer. Por exemplo, o dispositivo permitirá para o teste de espécimes de secos e molhados em uma configuração uniaxial ou fixo-final.
<p class="jo…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pelo NIDCR de saúde institutos nacionais [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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