Anwendung von Gestaltungsmerkmalen einachsiger Belastung Maschinenentwicklung

Zusammenfassung

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um einen reinen einachsigen Lademaschine entwickeln. Kritisches Designaspekte werden eingesetzt, um genaue und reproduzierbare Testergebnisse zu gewährleisten.

Zusammenfassung

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.

Einleitung

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 Tests^{1,2,3, 4}. heute mechanische Prüfungen werden durchgeführt, über alles, von Baustoffen wie Beton, Stahl und Holz, Nahrung und Textile Produkte^5,6,7,8,9 . 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 Zellen^{10,11bestimmen, 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.

Protokoll

Hinweis: Das fertige Gerät ist in Abbildung 2dargestellt. Das Gerät ermöglicht es, reinen einachsigen Prüfung von Proben in einer horizontalen Position.

1. Bestandteile

1. Bereiten Sie zwei programmierbare Aktuatoren mit einem 30 mm (1,2 Zoll) Reisen pro Antrieb in der Lage, 60 mm (2,3 Zoll) überspannt, wenn programmiert, um zusammen ziehen/drücken. Um eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten gerecht zu werden, wählen Sie Aktoren haben eine angemessene Kapazität [67 N (15 lb)] zu zwingen, peak Schub [58 N (13 lb)], Geschwindigkeit Auflösung [0.9302 µm/s (0,00004 in / s)], und eine unidirektionale Genauigkeit [25 µm (0,001 Zoll)].
2. Daisy-Chain-Aktuatoren, eine gleiche Anwendung der Erweiterung/Widerruf zu synchronisieren.
3. Bereiten Sie einen 24 V-Controller die antriebsbewegung am Antrieb zu bieten; Diese Systeme ermöglichen eine exakte lineare Bewegung durch das Drehen einer Schraube, die Positioniersystems.
4. Bereiten Sie zwei Wägezellen mit einer maximalen Kraft-Kapazität von 44,5 N (10 lb). Wählen Sie eine Low-Profile oder Kanister-Stil Laden ist ideal für enge Räume.
5. Bereiten Sie die Schiene/Wagen-Block-System. Bereiten Sie eine Schiene und zwei Kutschen; einer jeden Antrieb zu halten. Da Stahl rostet, wählen Sie Edelstahl-Material aus, wenn das Gerät für Materialien verwendet werden, für die Flüssigkeitszufuhr erforderlich; für alle anderen Zwecke ist Stahl akzeptabel.
   Hinweis: Eine Explosionsansicht der Ladefläche mit der Schiene/Wagen-Block gezeigt in lila wird in Abbildung 3bereitgestellt.

2. die Rahmenkonstruktion

Hinweis: Erklärenden Zwecken ist die Plattform farbcodiert in der Grafik.

1. Aluminium-Lagermaterial vorzubereiten. Wählen Sie aus Aluminium für seine Wirtschaftlichkeit und Benutzerfreundlichkeit der Bearbeitung. Beide Teller vorbereiten und ' L'-förmigen Winkel Lager.
2. Lager Material für Maschine Spiele vorzubereiten. Wählen Sie aus Plexiglas; Es ist stark und leicht.

3. Metall-Basis und Side Plate (Frame) Montage

1. Schneiden die Grundplatte aus Aluminium bestand, wird sicherstellen, dass es ca. 64 x 15 x 1,3 cm (25 x 6 x 0,5). Bereinigen Sie die Kanten in der Mühle und geschnitten Sie die Grundplatte auf seine endgültige Größe.
2. Maschine die Platte flach in der Mühle, nach den Vorgaben in der zusätzlichen Dateien zur Verfügung gestellt.
3. Ehrlich, sicherzustellen, dass das Flugzeug waagerecht ist.
4. Maschine eine Spur in die Grundplatte die Seitenplatten mit einer Toleranz von 0,0126 mm (0,0005 Zoll) ausrichten.
5. Bearbeiten Sie die Seitenplatten nach Angaben in den ergänzenden Dateien.
6. Bohren Sie und tippen Sie auf die Seitenplatten auf ihrer Unterseite.
7. Montieren Sie die Seitenplatten aufrecht in der Spur.
8. Befestigen Sie die Seitenplatten an der Bodenplatte von unten (Abbildung 4).

4. Befestigung der Schiene/Druckschlitten am Rahmen

1. Maschine-Tracks in die vordere Fläche der einzelnen Seitenplatte ermöglichen die Montage der Schiene/Druckschlitten gemäß den Angaben in der Zeichnung Links (Abbildung 5).
2. Befestigen Sie die Schiene auf dem Steig durch den Abstand Löcher in der Schiene über gebohrt und Gewindebohrungen (angepasst #10-32 Schrauben) in jeder Seitenwand.

(5) hinten Mount Befestigung der Aktoren

1. Hintere Halterung Anhänge aus der Maschine der ' L'-förmigen Winkel Lager gemäß den Spezifikationen in der zusätzlichen Dateien zur Verfügung gestellt.
2. Maschine eine Bar zum Befestigen an der Unterseite des Berges als eine Keilnut und fahren sie in der bearbeiteten Spur auf den ersten Blick die Seitenplatte nach den Vorgaben in der zusätzlichen Dateien zur Verfügung gestellt. Die Bar in der Unterseite der Halterung einschrauben.
3. Bohren Sie eine Durchgangsbohrung in der Basis der hinteren Halterung für die Antriebs-Clearance.
4. Legen Sie die Hintere Halterung auf den Körper der Antrieb über das Lochbild im kommerziellen Antrieb.
   Hinweis: Ein Grund dafür, dass eine hintere Halterung ist, beseitigen die Notwendigkeit, immer wieder den Antrieb direkt am Rahmen befestigen mit den kleinen #2 metrische Schrauben, die Lager auf die Antriebe kommen. Die Halterung entfällt die Sorge des Abtrags das Innengewinde des Antriebs bei wiederholter Anwendung.
5. Stecken Sie die Basis der Halterung für die hintere Antrieb-Halterung an den Rahmen über zwei Schrauben anbringen.
6. Bohren und tippen Sie auf eine Reihe von Löchern (auf Platz #10-32 Schrauben) flankieren die Strecke auf der Vorderseite der Seitenplatten, um eine verstellbare Halterung-Anlage zu ermöglichen, wenn es wünschenswert ist, Proben unterschiedlicher Größe unterbringen.

(6) Mount Frontanbau der Aktoren über Anschlüsse

Hinweis: Die vordere Halterung ist ein "L"-förmige Stück, das die Beförderung die Vorderseite des Antriebs beimisst. Der Antrieb nicht körperlich kontaktieren Sie den Berg; Es misst über eine Reihe von Anschlüssen, die von der Spitze der Antrieb zu erweitern.

1. Frontmontage Anhänge aus der Maschine der ' L'-förmigen Winkel Lager gemäß den Spezifikationen in der zusätzlichen Dateien zur Verfügung gestellt.
2. Bohren Sie ein Loch im Boden des die vordere Halterung der konische Verbinder unterzubringen.
3. Maschine eine Spur auf der Seite der vorderen Halterung um eine Platte aufzunehmen.
4. Maschine die Platte mit einer Spur, die Befestigungen unterzubringen.
5. Maschine ein Aluminium, zylindrische Steckverbinder nach den Angaben in der Zeichnung Links. Dieser Adapter verbindet die Wägezelle am Antrieb.
6. Bohren Sie und tippen Sie auf den Anschluss für eine #2 metrische Schraube am Ende Antrieb und eine #6 metrische Schraube am Ende Last Zelle zur Unterstützung der axialen Befestigung und Ausrichtung der Wägezelle und Antrieb.
7. Wiederholen Sie diesen Vorgang, um zwei identische Anschlüsse, einen für jede Wägezelle Maschine.
8. Maschine ein Aluminium, konisch, zylindrisch Steckverbinder nach Angaben in der Zeichnung Links. Dieser Adapter verbindet die Wägezelle mit der Befestigung und der Wagen.
9. Bohren Sie und tippen Sie auf den Anschluss an das Gewinde Last-Zell-Verbindung an einem Ende.
10. Pass des Zylinders in das Loch der vorderen Antrieb montieren und mit einer Stellschraube um Zylinderende zu verankern.
11. Duplizieren Sie das System für die rechten und linken Aktuatoren.
    Hinweis: wie in Abbildung 6dargestellt einmal montiert, ist die Basis des Antriebs starr an der Seitenplatte befestigt. Die Vorderseite des Antriebs wird am Schlitten befestigt und, wie der Antrieb aus- und eingefahren wird, ist der Schlitten gedrückt und gezogen. Dies bildet den Rahmen für die Befestigung Befestigung und Probe geladen.

(7) Befestigungen

1. Maschine die Leuchten entsprechend den Angaben in den ergänzenden Dateien (Abbildung 7).
2. Maschine eine zentrale, vertikale Schlitz in der Halterung Halter um die Höhe darzustellen.
3. Befestigen Sie die Antrieb vorderen Halterungen auf der rechteckigen Platte mit drei Bohrungen und Gewinde Löcher (#10-32 Schrauben unterzubringen) vertikal in der Mitte der Platte ausgerichtet.
4. Heben oder senken des Inhabers Bedarf, z. B. Wenn ein saline Bad hydratisiert zu Testzwecken verwendet wird, und mit Schrauben sichern.

8. operative Verfahren:

1. Laden Sie die Antrieb Software um das Gerät¹⁶fernsteuern.
2. Erstellen Sie eine Verknüpfung zwischen dem Computer und der 24 V-Regler mit einem 6-polige Mini-Din Mann-zufrau PS/2 Verlängerungskabel; Jeder Antrieb Controller verfügt über zwei 6-polige Mini-Din Stecker Kabel Links.
3. Verwenden Sie einen USB / 6-polige Mini-Din-Konverter, um die Antriebe zu einem standard-Computer zu verbinden; der Konverter enthält eine weibliche 6-polige Mini-Din-Stecker und ein USB-Anschluss.
4. Daisy-Chain-Antriebe so, dass ein einzelner Computer-Kabel ist ausreichend für den Betrieb, oder alternativ einen HDMI Adapter anstelle der USB-Adapter verwenden.
5. Schließen Sie die Antriebe an die 24 V-Versorgung.
6. Einmal angeschlossen und eingeschaltet, wählen Sie die Geräte und passen Sie die stellgliedleistung an.
7. Alternativ steuern Sie die Antriebe manuell durch das Zifferblatt auf jeden Antrieb eignet sich für den Aufbau.
   Hinweis: Diese Software ist für alle standard-Betriebssystem. Mit dieser Software lassen sich die Antriebe mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf jede eingestellte Entfernung bewegt, synchronisiert in einem festgelegten Abstand oder synchronisiert miteinander in Einklang zu bewegen.

Ergebnisse

Um die Nutzung des Systems zu überprüfen, waren Antrieb Geschwindigkeit und Performance-Tests durchgeführt¹⁷. Diese Tests bestand Antrieb Geschwindigkeit und Distanz im Vergleich zu der eingegebenen Werte zu messen. Um die Probe Reisen Abstand Genauigkeit zu überprüfen, wurden willkürlich Verfahrwege entlang der Welle zwischen 254-2540 µm (0,01 - 0,10 In) ausgewählt. Das Gerät wurde auf diesen Strecken laufen und im Vergleich zu der tatsächlichen Entfernu...

Diskussion

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.

Materialien

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