Uygulama tasarım yönlerini Uniaxial yükleme makinesi geliştirme

Özet

Burada bir saf uniaxial yükleme makinesi geliştirmek için bir protokol mevcut. Kritik dizayn yönlerini doğru ve tekrarlanabilir test sonuçları sağlamak için istihdam edilmektedir.

Özet

Doğru ve hassas mekanik test açısından, süreklilik makineleri çalıştırmak. Ticari platformlar mükemmel doğruluk teklif ise, bunlar genellikle $100.000-200.000 $ fiyat aralığında fiyat maliyet engelleyici, olabilir. Diğer uçta tek başına el ile bu kez eksikliği tekrarlanabilirlik ve doğruluk (Örneğin, el ile bir krank aygıt) aygıtlardır. Ancak, bir kişilik belirtilmişse, tasarım ve bir şey aşırı ayrıntılı makine aşırı mühendislik öyle. Yine de, nerede makineleri tasarlanmış ve şirket içinde bir hareket değil ulaşılabilir Laboratuvarı mevcut makinelerle gerçekleştirmek için inşa durumlar vardır. Burada ayrıntılı olarak açıklanan böyle bir cihaz var. Saf uniaxial yükleme sağlayan bir yükleme platformdur. Standart yükleme makineleri genellikle ekseni boyunca doğrusal yükleme oluşur ve döner yükleme hakkında eksen oluşur biaxial bulunmaktadır. Bu makineler ile test sırasında diğer ucunu sabit kalırken bir yük örnek tek bir amaç için uygulanır. Bu sistemler gerilim/sıkıştırma eşit numune biter uygulandığı saf Aksiyel test iletken yeteneğine sahip değildir. Eşit ve zıt Bu yazıda geliştirilen platform sağlar örnekleri yükleniyor. Burada süre o-ebilmek var kullanılmış için sıkıştırma, odak kullanımı üzerinde saf gerilme yüklüyor. Cihaz ticari yük hücreleri ve Aktüatörler (nakliyeciler) içerir ve şirket içinde yapılmış makineler ile olduğu gibi bir çerçeve ticari parçaları ve test etmek için fikstür tutmak için işlenmiş.

Giriş

Mekanik test tekrar test etme donanımları, Stanley Rockwell tarafından yirminci yüzyılın başlarında geliştirilen sertlik takip edilebilir ilginç bir geçmişi vardır. Standart, belgeli uygulamalar için özel testler^1,2,3, taşıma için yönergeleri makine performansı doğrulama rehberlik ölçüde bu teknoloji büyüdü iken ⁴. bugün, her inşaat malzemeleri beton, çelik ve ahşap gıda ve tekstil ürünleri^{5,6,7,8,9 gibi mekanik testleri yapılır} . Verilen bu mekanik test Biyomedikal Mühendisliği ve, özellikle, biyomekanik alanlarında kullanmak, yükleme makineleri biyomekanik Labs'de olağan hale geldi.

Yükleme makineleri ölçek aralığı biyomekanik çalıştırın. Örneğin, büyük yükleme makineleri tüm vücut etki çalışmaları gerçekleştirmek veya makineleri fare kemik sınamak veya hücreleri^{10,11uyarmak için kullanılan daha küçük yüklerken insan femur mekanik özellikleri belirlemek için kullanılabilir, 12,13,14}. İki tür yükleme makineleri test laboratuarı bulunur; ticari olarak satın alınan ve Kullanıcı tarafından oluşturulan. Şirket içinde geliştirilen yükleme makineleri genellikle onların kişiselleştirme ve özelleştirme seçenekleri¹⁵için tercih.

Böylece bir deplasman uygulanabilir, test, bir numune içinde belgili tanımlık makine ölçülebilir bir güç üreten sabitlenir. Yükü sürüş geribildirim kullanılırsa, yük kontrollü testtir; Deplasman sürüş geribildirim kullanılırsa, deplasman kontrollü testtir. Yükleme makineleri, genel olarak, sabit bir destek için bir taşıyıcı bağlayan bir çerçeve üzerine inşa edilir. Bu nedenle, genellikle test diğer ucunu sabit kalırken taşınmakta olan örnek bir ucunu içerir.

Şekil 1 ' de gösterilen temel bileşenleri gösteren bir basit yükleme makine bir kroki var. Tüm yükleme makineleri için temel bir temel veya çerçeve var. Ticari markalar büyük çoğunluğu sabit Bankası kullanmak ise, çizim düzlemsel (XY) hareket sağlar bir platform gösteriyor. Taşıyıcı, bu durumda, bir yük hücresi tutan ve step motor tarafından tahrik edilmektedir üst kol var. Çerçeveye bağlı numune tutan ve çalıştırılan test türü dikte armatürleri bulunmaktadır. Çizimde gösterildiği üç sayılık bend armatürleri bulunmaktadır. En iyi fikstür (tek kişi) hareket kolu monte edilir; alt fikstür (çift kişi) sabit tabanına monte. Test sırasında motor üst fikstür aşağı nerede numune merkezi temas sapmaz için sürücüler. Kişiyi örnek yürütmektedir gibi yük hücresi artış direnci veya numune yerleştirilen kuvvet kaydeder.

Nerede makineleri tasarlanmış ve şirket içinde bir hareket değil ulaşılabilir Laboratuvarı mevcut makinelerle gerçekleştirmek için inşa durumlar vardır. Burada böyle bir cihaz ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Her iki uçta da etkinleştirir saf uniaxial numune yükleme veya eşit ve zıt hareket bir yükleme platformudur. Birleştirmek belgili tanımlık aygıt ticari yük hücreleri ve Aktüatörler (nakliyeciler); çerçeveyi ticari parçaları ve numune test için yükleme fikstür tutmak için işlenmiş. Test makine inşaat temel ilkeleri anlayış kendi makine tasarımında yardımcı olabilir. Biz hazırladık çizim dosyaları araştırmacılar kendi makine gelişimi ile yardımcı olmak için bir başlangıç noktası olarak yarattık. Video aygıtı ve hizalama ve güvenilir test emin olmak için uygulamayı mekanik tasarım ilkeleri Meclisi ele alınacak.

Protokol

Not: Bitmiş belgili tanımlık aygıt Şekil 2' de gösterilmiştir. Saf uniaxial bir yatay pozisyonda örneklerin test sağlayan.

1. bilgi aktarma

1. Aktüatör birlikte çekme/itme için programlanmış zaman 60 mm (2,3 inç) kapsayan yetenekli başına 30 mm (1.2 inç) seyahat ile iki programlanabilir aktüatörler hazırlayın. Çeşitli olası kullanımlar yapabilmek için select aktüatörler bir makul olan kapasite [67 N (15 lb)] zorlamak, zirve itme [58 N (13 lb)], hız Çözünürlük [0.9302 µm/s (0.00004 içinde / s)] ve tek yönlü doğruluk [25 µm (0,001 inç)].
2. Papatya Zinciri onları uzantısı/retraksiyon eşit bir uygulama için eşitlenecek aktüatörler.
3. Aktüatör için sürüş hareket sağlamak için bir 24 V denetleyicisine hazırlamak; Bu sistemleri hassas lineer hareket bir vida leadscrew döndürme tarafından etkinleştirin.
4. İki yük hücreleri 44.5 N (10 lb) maksimum güç kapasitesi ile hazırlayın. Düşük profil veya kapalı alanlarda için ideal olan teneke kutu tarzı yük seçin.
5. Demiryolu/taşıma blok sistemi hazırlamak. Bir demiryolu ve iki küçük yük arabalar hazırlamak; bir her aktüatör tutmak için. Çünkü çelik pas, cihazın hidrasyon gerektiren malzemeler için kullanılacaktır paslanmaz çelik malzeme seçin; Tüm diğer amaçlar için kabul edilebilir çeliktir.
   Not: Mor olarak gösterilen demiryolu/taşıma blok yükleme platformun patladı görüntülemek Şekil 3' te verilmiştir.

2. kare İnşaat

Not: açıklayıcı amaçları için grafik renk kodlu bir platformdur.

1. Stok Malzeme Alüminyum hazırlayın. Alüminyum, maliyet-etkililik ve işleme kolaylığı için seçin. Her iki tabak hazırlamak ve ' L' şeklinde açı hisse senedi.
2. Hisse senedi makine armatürleri malzeme hazırlamak. Pleksiglas seçin; basit sağlamdır.

3. metal taban ve yan plaka (Frame) derleme

1. Yaklaşık 64 x 15 x 1.3 cm (25 x 6 x 0.5 inç) olduğundan emin alüminyum stoktan taban plakası kesti. Fabrikasında kenarları temizlemek ve taban plakası son boyutları için kesti.
2. Makine Fabrikası, ek dosyaları sağlanan belirtimlerine göre düz plaka.
3. Kabul et, uçak düzeyi sağlanması.
4. 0.0126 mm (0.0005 inç) bir hoşgörü ile yan plakalar hizalamak için taban plakası içine bir parça makine.
5. Ek dosyaları sağlanan belirtimlerine göre makine yan tabaklar.
6. Matkap ve yan kaplamalar alt yüzündeki dokunun.
7. Parça dik yan plakalar monte.
8. (Şekil 4) altında temel plakasına yan plaka bağlayın.

4. bağlama raylı/taşıma derleme için çerçeve

1. Makine montaj çizim bağlantılar (Şekil 5) belirtimlerine göre demiryolu/taşıma derlemenin etkinleştirmek için her yan plaka ön yüzü içine izler.
2. Demiryolu tren yolu ile delik delinir ve (#10-32 vida karşılamak için) her yan plaka delikler vurdu izni ile izlenecek bağlayın.

5. arka Mount eki aktüatörler

1. Makine arka Dağı eklerinden ' L' şeklinde açı stok ek dosyaları sağlanan belirtimlerine göre.
2. Kama yuvası hizmet ve binmek ek dosyaları sağlanan belirtimlerine göre yan plaka üzerinde işlenmiş parça monte sonuna eklemek için bir bar makine. Bar mount dibine canı cehenneme.
3. Harekete geçirici izni için arka takma Bankası ile bir delik matkap.
4. Arka Dağı erişim düzeneği ile ticari çalıştırıcı delik şeklinde gövdesi iliştirin.
   Not: arka montaj yapmak için bir art arda doğrudan aktüatörler stokta gel küçük #2 metrik vidalar kullanılarak çerçeveye aktüatör takmak için ihtiyacı ortadan kaldırmak için nedenidir. Objektif yuvasının iç konuları tekrar tekrar kullanımı ile aktüatör ve sıyırma endişe ortadan kaldırır.
5. Arka aktüatör Dağı üzerinden iki kare vida için eklemek için mount Bankası yuvası.
6. Matkap ve delik (#10-32 vida karşılamak için) bir dizi dokunun yan plakalara bu örnekler farklı boyutlarda karşılamak için arzu edilir için ayarlanabilir montaj ek izin açık yüz parça kanat.

6. ön Mount Eki ile aktüatörler lamak

Not: Açık yoluyla takma ise bir ' ön aktüatörün için satır başı ekler L' şeklinde parça. Aktüatör fiziksel olarak bağlama ile değil; Bu yolu ile aktüatör ucundan genişletmek konektörler bir dizi ekler.

1. Makine açık Dağı eklerinden ' L' şeklinde açı stok ek dosyaları sağlanan belirtimlerine göre.
2. Konik bağlayıcı sığması için açık Dağı tabanındaki bir delik.
3. Makine bir parça bir tabak karşılamak için açık dağ tarafında.
4. Makine fikstür karşılamak için bir parça ile plaka.
5. Makine bir alüminyum, çizim bağlantıları sağlanan belirtimlerine göre silindirik bağlayıcı. Bu adaptör yük hücresi için aktüatör bağlanır.
6. Matkap ve Aksiyel montaj ve uyum yük hücresi ve aktüatör desteklemek için bağlayıcı aktüatör ucunda #2 metrik vida ve yük hücre ucunda #6 Metrik vida için dokunun.
7. İki özdeş bağlayıcılar, her yük hücresi için bir makine için bu süreci tekrarlayın.
8. Makine bir alüminyum, konik, çizim bağlantıları sağlanan belirtimlerine göre silindirik bağlayıcı. Bu adaptör, Fikstür ve taşıma için yük hücresi bağlanır.
9. Matkap ve dişli yük hücre bağlantısı bir ucunda konektöre dokunun.
10. Silindir ön aktüatör Dağı deliğe geçmek ve silindir sonuna tutturmak bir set vida kullanın.
11. Sağ ve sol aktüatörler için sistemi yinelenen.
    Not: Şekil 6' da gösterildiği gibi monte sonra Bankası aktüatörün katı yan plakasına eklenir. Aktüatör ön taşıma için bağlı olduğu ve aktüatör genişletilmiş ve geri çektiği gibi arabayı itti ve çekti. Bu fikstür eki ve numune yükleme için çerçeve sağlar.

7. armatürleri

1. Ek dosyaları (Şekil 7) sağlanan belirtimlerine göre demirbaşlar makine.
2. Yüksekliği karşılamak için fikstür tutucu Merkezi, dikey bir slot makinesidir.
3. Dikey olarak plaka orta hizalı aktüatör açık bağlar (#10-32 vida karşılamak için) üç delinmiş ve vurdu delikleri ile dikdörtgen plaka ekleyin.
4. Yükseltmek veya sulu testleri için serum fizyolojik banyo kullanılıyorlarsa sahibi gerektiğinde, örneğin, düşük ve vida ile güvenli.

8. çalışma usulü:

1. Download uzaktan aygıt¹⁶denetlemek için aktüatör bilgisayar yazılımı.
2. 6-pin Mini-DIN erkek dişi PS/2 uzatma kablosu ile bilgisayar ve 24 V denetleyicisi arasında bağlantı oluşturma; Her aktüatör denetleyicisi iki 6-pin Mini-DIN konektörü kablo bağlantılarına sahiptir.
3. Aktüatörler için standart bir bilgisayar bağlamak için bir USB için 6 uçlu Mini-DIN dönüştürücü kullanın; dönüştürücü bir kadın 6-pin Mini-DIN konektör ucu ve bir USB bağlantı noktası içerir.
4. Papatya Zinciri aktüatörler bir tek bilgisayar kablosu işlem için yeterli veya alternatif olarak, bir HDMI adaptör USB adaptör yerine kullanın.
5. Aktüatörler 24 V güç kaynağına bağlayın.
6. Bir kez bağlı ve olduğundan, aygıtları seçin ve aktüatör performans özelleştirebilirsiniz.
7. Alternatif olarak, aktüatörler el ile her Aktüatör üzerinde arama tarafından kurulum için yararlı olduğu kontrol.
   Not: Bu yazılım herhangi bir standart işletim sistemi için geçerlidir. Bu yazılım ile aktüatörler için ayarlanan herhangi bir uzaklık değişen hızlarda taşındı, ayarlanan uzaklık senkronize veya birbirleriyle uyum içinde taşımak için senkronize.

Sonuçlar

Sistem kullanımını doğrulamak için yürütülen¹⁷aktüatör hız ve performans testleri çıktı. Bu testler aktüatör hız ve mesafe ile karşılaştırıldığında giriş değerleri ölçme oluşuyordu. Örnek seyahat etmek mesafe doğruluğunu doğrulamak için rasgele seyahat mesafeler boyunca şaft 254-2540 µm (0.01 - 0,10 inç) arasında seçildi. Cihaz bu mesafeleri koşmak yapıldı ve gerçek uzaklık ölçer blokları ve davet ölçerler bileşiml...

Tartışmalar

Bu eser amacı tasarım ve kullanımı için bir maliyet-etkin ve güvenilir uniaxial yükleyici doku ve elyaf gibi küçük ölçekli örnekler ile imal oldu. Bir aygıt aynı zamanda Kullanıcı büyümeye ihtiyacı olduğu sahte olduğu ortaya yeni ekler kaydedilmesin tasarımında esnek olmak belirtilen gereksinimleri yerine inşa edilmiştir. Örneğin, aygıt uniaxial veya sabit uç yapılandırmasında kuru ve nemli örneklerin test etmek için izin verir.

Malzeme, ticari bileşenleri (...

Malzemeler

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