一軸荷重マシン開発のデザイン面のアプリケーション

要約

ここで純粋な一軸荷重マシンを開発するためのプロトコルを提案する.重要な設計の側面は、正確で再現性のあるテスト結果を確保するため用いられます。

要約

正確かつ精密機械試験、面では、マシンは、連続を実行します。商用プラットフォームは、優れた精度を提供するのに対し彼らすることができますコストが高くなる、しばしば $100,000-$200,000 の価格範囲内の価格します。他の極端で、しばしば欠如の再現性と精度 (例えば、手動クランク装置) スタンドアロンの手動装置であります。ただし、単一の使用が示される場合、オーバー デザインと何か過度に手の込んだ機械工学です。それにもかかわらず、マシンを設計および実験室で既存のマシンでは得られない運動を達成するために自社で開発された機会があります。詳細はここで説明されている 1 つのようなデバイスです。により、純粋な一軸荷重載荷プラットフォームです。標準的なローディング機械通常、二軸で軸リニア負荷が発生し、軸について回転の読み込みが行われます。これらのマシンのテスト中にもう一方の端が固定されたまま、試験片の一方の端に荷重が適用されます。これらのシステムは、試験片の両端に均等に引張/圧縮が適用されている純粋な軸テストを実施できません。本研究で開発されたプラットフォームにより、同輩および反対の標本の読み込み。それは圧縮を使用できますが、ここでフォーカス引張純粋で使用する方法を読み込んでいます。商業ロードセルとアクチュエータ (引っ越し) を内蔵し、自社で開発されたマシンの場合に、商業部分とテストのための据え付け品を保持するフレームは加工します。

概要

機械試験硬さ試験装置、Stanley ロックウェルによって 20 世紀初頭に開発に戻って辿ることができる興味深い歴史があります。標準的な文書化された慣行の特定のテスト^1,2,3,を実施するためのガイドラインをすべて機械性能の検証からガイドする技術が成長している間⁴. コンクリート、鉄鋼、食品、繊維製品^{5,6,7,8,9 には、木材などの建材から、すべての力学試験を実施する今日、}.医用生体工学より具体的には、バイオメカニクスの分野は、機械試験を活用、そのローディング機械がバイオメカニクス実験室で一般的です。

バイオメカニクスのスケールの範囲を実行マシンを読み込んでいます。例としてより大きいローディング マシンは全身影響の研究を行ったり、マウス骨をテストまたはセル^{10、11を刺激するマシンを使用ことができます。 小さな読み込み中、人間の大腿骨機械的性質を決定する使用できます。 12,13,14}。試験所; に積込み機の 2 種類があります。市販されているとユーザーが組み込まれています。ローディング機械の自社開発が多い、パーソナライゼーションとカスタマイゼーション オプション¹⁵で好まれています。

テストでは、標本はセキュリティ保護機械の変位を適用できますが、測定可能な力を生成します。負荷を駆動のフィードバックとして使用する場合、テストは負荷制御;変位駆動のフィードバックとして使用する場合は、テストは変位制御されます。積込み機、一般に、固定サポートに発動機を接続するフレームによって成り立っています。など、一般的にテスト標本のもう一方の端が固定されたまま、感動の一方の端が含まれます。

その基本的なコンポーネントを示す単純なロード マシンのスケッチは、図 1に示します。に関するすべてのローディング機械の基礎、ベースまたはフレームです。商業ブランドの大半は、固定ベースを活用に対し図面は平面 (XY) の動きを可能にするプラットフォームを示しています。発動機をこの場合、ロードセルを保持し、ステッピング モーターによって駆動されるアッパー アームです。供試体を保持し、実行するテストの種類を決定する据え付け品は、フレームに接続されています。3 点曲げ治具は、図面に示します。上部治具 (単一の連絡先) が移動の腕にマウントされています。下治具 (二重接触) は、固定ベースにマウントされます。テスト中にセンターにお問い合わせが標本を従事して下方に上治具をモーターします。連絡先は、試料を従事し、ロードセルは、抵抗または試料に力の増加を記録します。

マシンの設計し、研究室では、既存のマシンでは得られない動きを達成するために自社で開発された場所もあります。ここで我々 はこのような 1 つのデバイスの詳細に説明します。両端の読み込みにより純粋な一軸試験片または同輩および反対運動荷台です。デバイスを組み込んだ商業ロードセルとアクチュエータ (発動機);フレームは、商業の部品や試験片の荷重備品を保持するために加工されます。自分のマシンの設計で助けることができるテスト機械構造の基本原則を理解すること。我々 は独自の機械開発研究者を支援するための出発点として作成図面ファイルがあります。ビデオは、デバイスの配置と信頼性の高いテストを確保する機械設計原則のアプリケーション アセンブリに焦点を当てます。

プロトコル

注: 完成したデバイスは、図 2に示すです。デバイスは、水平方向の位置に供試体の純粋な単軸試験できます。

1. 部品

1. プッシュ/プル一緒にするようにプログラムするとき 60 mm (2.3) にまたがることができるアクチュエータ当り 30 の mm (1.2 インチ) 旅行で 2 つのプログラム可能なアクチュエータを準備します。様々 な潜在的用途に合わせて、合理的なこと選択アクチュエータ容量 [67 N (15 ポンド)] を強制的に、推力 [58 N (13 ポンド)] 速度解像度のピーク [0.9302 μ m/s (0.00004 で/s)] と一方向の精度 [25 μ m (0.001 インチ)]。
2. デイジー チェーン伸縮の等しいアプリケーションにそれらを同期させるアクチュエータ。
3. アクチュエータを駆動を提供するために 24 V のコント ローラーを準備します。これらのシステムは、ねじ、スクリューの回転によって正確な直線運動を有効にします。
4. (10 lb) 44.5 N の最大荷重容量を持つ 2 つのロードセルを準備します。低プロファイルまたは限られたスペースに最適なキャニスター スタイル ロードを選択します。
5. レール/キャリッジ ブロック システムを準備します。1 つのレールと 2 つのキャリッジ; 準備します。各アクチュエータを保持する 1 つ。鋼が錆つくためステンレス鋼の材料を選択場合デバイスは材料; 水和を必要とするために利用します他のすべての目的のため、鋼は許容です。
   注:図 3に紫色で示されているレール/キャリッジ ブロックと荷台の分解ビューが提供されます。

2. 構

注: 説明のために、プラットフォームはグラフィックで色分けされています。

1. アルミ ストック材料を準備します。その費用対効果と加工の容易さのためのアルミニウムを選択します。両方のプレートを準備し、' L' 字角度株式。
2. 在庫機械器具材料を準備します。[プレキシ ガラス;それは軽量ながら強いです。

3. 金属ベースと側板 (フレーム) アセンブリ

1. アルミ ストックからベース プレートを切り取り、それを確かめることが約 64 x 15 x 1.3 cm (25 x 6 x 0.5)。工場内のエッジをクリーンアップし、その最終的な寸法にベース プレートをカットします。
2. 補足ファイル内の指定に従って、ミルのフラット板を加工します。
3. 飛行機はレベルの確保、それに直面します。
4. (0.0005 インチ) 0.0126 mm の許容差で側板を配置するベース プレートにトラックをマシンします。
5. 補足ファイルの指定に従って側板を加工します。
6. ドリルとタップ側板の下面。
7. トラックの直立のサイド プレートをマウントします。
8. (図 4) 下からベース プレートに側板を固定します。

4. フレームにレール/キャリッジ アセンブリの追加

1. 図面リンク (図 5) で指定された仕様に従ってレール/キャリッジ アセンブリの実装を有効にする各側板の前面にマシンを追跡します。
2. 隙間を介してレールの穴を掘削し、各側板 (#10-32 ネジに合わせて) 穴のタップをトラックにレールを固定します。

5. 後部アクチュエータのマウントアタッチメント

1. マシンの背面マウントの添付ファイルから、' 補足ファイル内の指定に従って L' 字角度株式。
2. 補足ファイル内の指定に従って側板の表面加工のトラックに乗るし、キー溝として機能するマウントの下部に添付するバーを加工します。マウントの下部にバーをねじ込みます。
3. アクチュエータのクリアランスのため後部のマウントのベースに貫通穴を開けます。
4. アクチュエータを介して商業アクチュエータの穴パターンのボディに後部のマウントを取り付けます。
   注: 後部マウントを作る理由の 1 つは繰り返しアクチュエータの手持ちになる小 #2 メートルねじを使用して、フレームに直接アクチュエータを接続する必要性を排除します。マウントは、剥離繰り返し使用可能なアクチュエータの内部スレッドの懸念を排除します。
5. 後部アクチュエータ マウントをフレームを介して2 つのネジに接続するマウントのベースをスロットします。
6. ドリルし、タップの一連の穴 (#10-32 ネジに合わせて) 様々 なサイズの標本を収容することが望ましい場合に調整可能なマウントの添付ファイルを許可する側板の正面のトラックが並ぶ。

6. フロント マウントアタッチメント コネクタ経由でアクチュエータの

注: フロント マウントは、' キャリッジにアクチュエータのフロントを取り付ける L' 形の作品。アクチュエータがマウント; を物理的に接触しません。それ経由で一連のアクチュエータの先端から拡張コネクタをアタッチします。

1. マシンからフロント マウントのアタッチメント、' L' 字角度補足ファイル内の指定に従って株式。
2. テーパーのコネクタに合わせてフロント マウントのベースに穴をあけます。
3. マシン プレートに合わせてフロント マウントの側面のトラック。
4. 機械器具に合わせてトラックのプレート。
5. 機でアルミ、図面のリンク内の指定に従って丸型コネクタ。このアダプターは、アクチュエータにロードセルを接続します。
6. ドリルし、タップの軸取り付けとロードセルとアクチュエータの配置をサポートするアクチュエータ側 #2 メートルねじおよび負荷セル末尾に #6 メートルねじ用コネクタ。
7. ロード セルごとに 1 つ、2 つの同一コネクタを機にこのプロセスを繰り返します。
8. 機械アルミ、テーパ、図面のリンク先の仕様によると丸型コネクタ。このアダプターは、据え付け品およびキャリッジにロードセルを接続します。
9. ドリルし、タップの一端にスレッド負荷セルの接続コネクタ。
10. フロント アクチュエータ マウントの穴にシリンダーを渡すし、円柱の端を固定するスクリューを使用します。
11. 右と左のアクチュエータのシステムを重複してください。
    注:図 6で示すように、組み立てた後、アクチュエータのベースはサイド プレートに堅く添付します。アクチュエータの前面がキャリッジに添付され、キャリッジはプッシュやプルのアクチュエータは拡張、収縮。これは、フィクスチャの添付ファイルとロードの検体のフレームワークを提供します。

7. 器具

1. 補足的なファイル (図 7) に記載される仕様によると器具をマシンします。
2. 高さに合わせて治具ホルダーの中央、垂直スロットのマシン。
3. (#10-32 ネジに合わせて) 3 つのドリルとタップ穴で長方形のプレートにアクチュエータ フロント マウント プレートの中央に中段を取り付けます。
4. 上げるまたは水和テスト食塩浴を使用している場合など、必要に応じてホルダーを下げるし、ネジで固定します。

8. 操作手順。

1. ¹⁶デバイスをリモート制御アクチュエータ ソフトウェアをダウンロードしてください。
2. 6 ピンミニ din オス-メス PS/2 の延長ケーブル; コンピューターと 24 V コント ローラーの間のリンクを作成します。各アクチュエータ コント ローラーは、2 つの 6 ピンミニ din コネクタ ケーブルのリンクを持ちます。
3. 標準的なコンピューターにアクチュエータを接続するのに USB ピン 6 ピンのミニ din コンバーターを使用します。コンバーターには、女性 6 ピンミニ din コネクタと USB 接続ポートが含まれています。
4. デイジー チェーン アクチュエータ単一のコンピューター ケーブル操作の十分なしたりまた、USB アダプターの代わりに HDMI アダプターが使用されるようです。
5. アクチュエータを 24 V の電源に接続します。
6. 接続して電源、デバイスを選択し、アクチュエータ性能をカスタマイズします。
7. また、アクチュエータを制御、手動で各アクチュエータのダイヤルでの設置に便利です。
   注: このソフトウェアは、標準のオペレーティング システムに適用されます。このソフトウェアとアクチュエータ設定距離を問わずにさまざまな速度で移動、設定された距離で同期または一斉に移動を互いに同期します。

結果

システムの使用を確認するためには、アクチュエータの速度とパフォーマンスのテストは実施¹⁷をだった。これらのテストは、アクチュエータの速度と入力の値と比較して距離を測定するから成っていた。サンプル旅行距離精度を確認するには、254 2540 μ m (0.01 - 0.10 で) の間の軸に沿って任意の移動距離が選ばれました。デバイスは、これらの距離に...

ディスカッション

この作業の目的は、デザインならびに組織や繊維などの小規模な標本とその使用の費用対効果と信頼性の高い一軸ローダーだった。デバイスは、新しい添付ファイル、ユーザーの成長ニーズを作製することを可能にするため設計の柔軟性、さらに定める要件を満たす建設されました。たとえば、デバイスは乾燥および湿潤状態における一軸または固定端の構成でのテストになります。

資料

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