Máquina de ensayo de componentes mecánicos o biomecánicos.

Máquina de ensayo de componentes mecánicos o biomecánicos que comprende una placa base

(6), cuatro barras (1), una placa superior (2) deslizable sobre las barras (1), una placa intermedia (5) también deslizable sobre las barras (1) y una base inferior de accionamiento (12) pivotable sobre al menos un eje horizontal (13), sobre la que se fija un extremo de la muestra a ensayar (21). La placa intermedia (5) tiene unas guías lineales (7) en una de sus caras, una mesa móvil (10) desplazable sobre ellas y un conjunto de guía (19) y seguidor (20) sobre el que se fija la muestra a ensayar (21). La máquina permite ensayos secos o sumergidos y la aplicación de varias tipologías de esfuerzos.

La invención resulta de aplicación en el campo de la ingeniería y, dentro de él, en la caracterización de materiales y en especial de componentes biomecánicos.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201400831.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE OVIEDO.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: ARGUELLES AMADO, ANTONIO, FERNANDEZ CANTELI,ALFONSO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación de las propiedades mecánicas de los... > G01N3/08 (por aplicación de esfuerzos permanentes de tracción o de compresión (G01N 3/28 tiene prioridad))
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Máquina de ensayo de componentes mecánicos o biomecánicos.

Fragmento de la descripción:

MÁOUINA DE ENSAYO DE COMPONENTES MECÁNICOS O B10MECÁNICOS

La presente invención se refiere a una máquina para la realización de ensayos sobre componentes mecánicos o biomecánicos que posibilita la aplicación de cargas o defonnaciones al elemento a ensayar en varias direcciones diferentes. Los movimientos básicos que es capaz de aplicar al elemento a ensayar son: uno axial en dirección vertical (la del eje longitudinal de la probeta y de la máquina de ensayos) , otro movimiento perpendicular al anterior siguiendo una trayectoria recta o curvilínea previamente definida mediante un elemento mecánico de guía y seguidor y uno rotacional respecto a un eje perpendicular al eje longitudinal del elemento a ensayar, pudiendo actuar de forma independiente uno a uno, combinaciones de dos de ellos o todos simultáneamente.

La invención resulta de aplicación en el campo de la ingeniería y, dentro de él , en la caracterización desde el punto de vista resistente de materiales o componentes de cualquier tipo, en especial sobre componentes biomecánicos.

ESTADO DE LA TÉCNICA

En la actualidad los dispositivos de ensayo que se conocen se componen de uno o varios elementos generadores de desplazamientos o de cargas que actúan de forma conjunta O independiente sobre el elemento a ensayar. Las máquinas más convencionales suelen ser uniaxiales, es decir, aquellas que tienen la capacidad de aplicar cargas o desplazamientos sobre los elementos a ensayar en una sola dirección, O biaxiales, las que pueden aplicar cargas o desplazamientos en dos direcciones (normalmente perpendiculares entre sí) , o bien en la modalidad de acción combinada axial y torsional. Menos comunes son las máquinas que ofrecen la posibilidad de aplicar cargas, desplazamientos o momentos del elemento a ensayar según tres o más direcciones, normalmente axiales.

Por otro lado, la caracterización de comportamientos reológicos, es decir, en función del tiempo, se realiza mediante viscoelasticímetros o analizadores dinámicos mecánicos (Dynamic Mechanical Analyzers, DMA) , que presentan ciertas limitaciones, ya sea debido a la reducida magnitud de la carga aplicada, a que son a lo sumo biaxiales, o bien a un insatisfactorio diseño del utillaje para realizar los ensayos de caracterización mecánica en cortadura que no pennite un adecuado control en la aplicación del esfuerzo transversal, con la consiguiente indefinición de los parámetros determinantes en el ensayo.

Un ejemplo de estos equipos se encu?:ntra mencionado en el documento de patente nO US 6058784 A, "Material testing apparatus having separated load generating mechanisms ". En él se describe un equi.po de ensayo que es capaz de aplicar cargas simultáneas de tipo lineal e incluso ge:neradoras de momentos a una muestra de ensayo en un alto número de grados de libertad basándose en el empleo de un elevado número de actuadores. El principal inconveniente de este tipo de equipos es el tener que necesitar ese elevado número de actuadores, uno por cada movimiento que se pretenda generar, para conseguir una trayectoria compleja de uno de los extremos de la probeta, lo cual aumenta su complejidad.

Otro ejemplo de equipos de ensayo con posibilidades de ensayar elementos con movimientos en varias direcciones es el que figura en la patente nO US 7895899 82, "Multi-axis, programmable spine testing system ". Es un equipo de ensayos de concepto parecido al anterionnente comentado, aunque específico para una detenninada aplicación y que pennite la ejecución de ensayos sobre columnas vertebrales empleando múltiples actuadores. Su principal inconveniente es que está diseñado para una determinada aplicación, además de la complejidad técnica que supone el empleo de un elevado número de actuadores.

En el documento de patente eN 103149078 A "A pull-based compression coupling torsional shear stress path triaxial" se presenta una máquina de ensayos destinada a ensayos geotécnicos que, mediante diferentes elementos, es capaz de generar movimientos o cargas sobre el elemento a ensayar en dos direcciones axiales perpendiculares entre sí además de una rotacional coincidente con el eje axial de la muestra. Sin embargo, dada la disposición de los diferentes elementos no es capaz de reproducir trayectorias complejas sobre el. elemento a ensayar.

Estas invenciones, que pueden considerarse representativas del estado actual de la técnica, tienen el inconveniente principal en la complejidad técnica que supone disponer de actuadores lineales o angulares en la dirección de cada uno de los movimientos que se pretenden generar.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una máquina de ensayos de componentes mecánicos o biomecánicos que pennite realizar ensayos mecánicos, tanto estáticos como dinámicos, sobre gran variedad de componentes. La invención se aplica preferiblemente a componentes biomecánicos, aunque podria también aplicarse de fonna más genérica a otro tipo de componentes como por ejemplo los mecánicos de ingeniería con las modificaciones adecuadas, en caso de ser necesarias. Su diseño pennite aplicar al elemento a ensayar cargas o desplazamientos en vanas orientaciones diferentes.

La máquina para la realización de ensayos mecánicos o biomecánicos de la invención comprende:

Un annazón estructural, que soporta el conjunto y asegura su estabilidad, que a su vez comprende una placa base, cuatro barras unidas perpendiculannente a dicha base en su periferia y una placa superior deslizable sobre las barras mediante unos medios deslizantes. Una placa intermedia, interpuesto entre la placa base y la placa superior, deslizable sobre las barras mediante:: medios de rodadura y que comprende unas guías lineales en una de sus caras. Una mesa móvil desplazable sobre las guías lineales de la placa intennedia. Un conjunto de guía y seguidor situado sobre la mesa móvil, El seguidor a su vez es desplazable sobre la guía, y sobre él se fija la muestra a ensayar. Unos medios de retención que inmovilizan la mesa móvil y el elemento guía en cualquier posición a lo largo de las guias lineales. Una base inferior de accionamiento, pivotable sobre al menos un eje horizontal, sobre la que se fija un extremo de la muestra a ensayar.

Unos medios motores horizontales controlados que desplazan la mesa móvil o el seguidor, unos medios motores verticales controlados que desplazan la placa intennedia y unos medios motores angulares controlados que giran la base inferior de accionamiento pivotable. Unos medios de adquisición de datos del ensayo.

En una realización preferida, los medios deslizantes sobre los que se desliza la placa superior son unos casquillos abiertos que se cierran mediantes unos tomillos. Los casquillos facilitan el desplazamiento vertical de la placa superior sobre las cuatro barras que hacen de columnas-guia y además funcionan como un dispositivo de inmovilización que al cerrarse puede hacer solidaria la placa superior a las columnas en cualquier posición vertical. Cuando los casquillos están abiertos, permiten el movimiento de la placa superior. Este sistema posibilita la regulación del tamaño de la zona útil de ensayo.

En otra realización preferida, los medios de rodadura sobre los que se desliza la placa intermedia son unos rodamientos lineales. La placa intermedia se sitúa por debajo de la anteriormente referenciada y en ella se colocan, en su periferia, unos rodamientos lineales que permiten su desplazamiento libre en dirección vertical sobre las barras. La placa intennedia se impulsa mediante unos medios motores verticales, que en otra realización preferida, son un actuador lineal. De esta forma, el actuador lineal vertical fijado a la placa superior accionará la placa intermedia verticalmente lo...

 


Reivindicaciones:

l. Máquina para la realización de ensayos mecánicos o biomecánicos que comprende: un annazón estructural, que soporta el conjunto y asegura su estabilidad, que a su vez comprende una placa base (6) , cuatro barras (1) unidas perpendicularmente a dicha base (6) en su periferia y una placa superior (2) deslizable sobre las barras (1) mediante unos medios deslizantes (4) ; una placa intermedia (5) , interpuesta entre la placa base (6) y la placa superior (2) , deslizable sobre las barras (1) mediante medios de rodadura (3) y que comprende unas guías lineales (7) en lUla de sus caras; una mesa móvil (lO) desplazable sobre las guías lineales (7) de la placa intennedia (5) ; un conjunto de guía (19) y seguidor (20) desplazable sobre la guía (19) sobre el que se fija la muestra a ensayar (21) Y situado sobre la mesa móvil (10) ; unos medios de retención (25) que inmovilizan la mesa móvil (10) y el elemento guía (19) en cualquier posición a lo largo de las guías lineales (7) ; una base inferior de accionamiento (12) , pi votable sobre al menos un eje horizontal (13) , sobre la que se fija un extremo de la muestra a ensayar (21) ; unos medios motores horizontales (16) controlados que desplazan la mesa móvil (10) o el seguidor (20) , unos medios motores verticales (8) controlados que desplazan la placa intennedia (5) y unos medios motores angulares (9) controlados que giran la base inferior de accionamiento (12) pivotable; unos medios de adquisición (28) de datos del ensayo.

2. Máquina según la reivindicación 1 caracterizada por que los medios deslizantes (4) sobre los que se desliza la pla (;a superior (2) son unos casquillos abiertos que se cierran mediantes unos tornillos (18) .

3. Máquina según la reivindicación I caracterizada por que los medios de rodadura (3) sobre los que se desliza la placa intennedia (5) son unos rodamientos lineales.

4. Máquina según la reivindicación 1 caracterizada por que los medios motores horizontales (16) son acoplables y desacoplables a la máquina en dos posiciones mediante unos medios de fijación (26) y desplazan la mesa móvil (10) o el seguidor (20) en función de su posición.

5. Máquina según la reivindicación 1 caracterizada por que la guía (19) comprende dos ranuras (22) homólogas que describen una trayectoria lineal y/o curva de desplazamiento del seguidor (20) .

6. Máquina según la reivindicación 5 caracterizada por que el seguidor (20) comprende una placa prismática con cuatro rodillos (23) que se desplazan siguiendo la trayectoria definida por las ranuras (22) .

7. Máquina segun la reivindicación l caracterizada por que los medios motores horizontales (16) y/o los medios motores verticales (8) y/o los medios motores angulares (9) son un actuador lineal.

8. Máquina según la reivindicación 7 caracterizada por que además comprende unos medios de transmisión del movimiento de los medios motores horizontales (16) , y los medios motores angulares (9) .

9. Máquina según la reivindicación 8 caracterizada por que los medios de trasmisión de los medios motores horizontales (16) al seguidor (20) son una barra articulada (27) .

10. Máquina según la reivindicación 8 caracterizada por que los medios de trasmisión de los medios motores angulares (9) a la base inferior de accionamiento (12) son una palanca (17) .

. Máquina según la reivindicación 1 caracterizada por que la base inferior de accionamiento (12) pivotable se dispone dentro de una caja estanca (ll) que permite contener un fluido y realizar ensayos con la muestra a ensayar (21) parcial o totalmente sumergida.

12. Máquina según la reivindicación 1 caracterizada por que los medios de adquisición (28) de datos del ensayo son captadores de carga, desplazamiento y giro asociados a cada uno de los medios motores horizontales (16) , medios motores verticales (8) y medios motores angulares (9) .