Experimental study of mechanical characteristics of support and movement of centrifuge PICO21

Експериментально досліджені механічні характеристики центрифуги та її елементів. Досліджено рух центрифуги. Дослідження дало можливість встановити реальні параметри системи, які необхідні для розрахунку її динаміки. Встановлено, що опори у першому наближенні можна вважати лінійно-пружними. Знайдені залежності власних частот від швидкості і напрямку обертання центрифуги. Встановлені додаткові частоти на яких виникає явище резонансу.Purpose. Definition of laboratory centrifuge characteristic with regard to its structural features. Design/methodology/approach. The dynamic characteristics of the centrifuge with design features that consist in fact that it is multi-mass system fixed on elastic support is determined. Contrast to the previous well-known approaches in which the centrifuge is seen as a single-mass construction and do not take into account the design features fixing is shown. Quality of work required depends on the centrifuge parameters. The dynamic behavior of a centrifuge depends on the stiffness and damping supports. To determine the stiffness of rubber supports used the method of perturbation forced vibrations using vibration stand, which allows to determine the dynamic characteristics of the supports in tension and shear. Findings. Found that support in the first approximation can be considered linear elastic. The dependences of the natural frequencies of the frequency and direction of rotation of the centrifuge. Originality/value. This research was important and original in field of vibrations of medical machines, which usually work with high values of frequencies. It shows changes of own frequencies depending on work frequencies. It can help to avoid a resonance during operation.Экспериментально исследованы механические характеристики центрифуги и ее элементов. Исследовано движение центрифуги. Исследование дало возможность выявить реальные параметры системы, которые необходимы для расчета ее динамики. Установлено, что опоры в первом приближении можно считать линейно-упругими. Получены зависимости собственных частот от скорости и направления вращения центрифуги. Определены дополнительные частоты на которых возникает явление резонанса

Estimation of a centrifuge rotor strength and analysis of the influence of constructive and technological parameters

В статті досліджена конструкційна міцність чашки центрифуги. Основними елементами дослідження являються напружено-деформований стан чашки, який визначається її конструктивними особливостями та вплив на міцність чашки технології її виготовлення. В статті приведені результати числового моделювання напружено-деформованого стану і результати мікро та макро структурного аналізу, які дозволили оцінити вплив технології виготовлення.The constructive strength of the centrifuge cup is investigated. The main parts of the study are the stress-strain state of the cup, which is determined by its design features and influence on the strength of its cups fabrication method. The results of numerical simulation of the stress-strain state and the results of micro- and macro-structural analysis were used to assess the effect of fabrication method. Most constructive elements of modern machines and mechanisms operating at variable loading, which cause vibrations. Fluctuations cause occurrence of cyclic stress that is the reason of damage and destruction as a result of fatigue especially in the case of resonance or other transitional regimes. Also critical stresses and fatigue limit strongly depend on structural and technological factors. Construction of modern tools and machines developed in the direction of increasing power and high speed while reducing weight. In connection with this increased dynamic loads, respectively, and the vibration influence on machines, tools and their parts. The most influential structural factors actually are a stress concentration and component dimensions. To technological parameters include the structure of the material, which depends on its production. High speed centrifuges are often designed as universal devices where one motor drives a wide range of different rotors. Centrifuges are used for the separation of mixtures of different densities.В статье исследована конструкционная прочность чашки центрифуги. Основными элементами исследования являются напряженно-деформированное состояние чашки, которое определяется ее конструктивными особенностями и влияние на прочность чашки технологии ее изготовления. В статье приведены результаты численного моделирования напряженно-деформированного состояния и результаты микро и макро структурного анализа позволившие оценить влияние технологии изготовления

Необхідні умови стійкості рухомих елементів ротора центрифуги

Розглянуті конструктивні особливості сучасних центрифуг. Виявлено, що їх ротори мають рухомі елементи,які обертаються навколо горизонтальних осей. Розглянуто динаміку вказаних рухомих елементів. Використовуючи рівняння Лагранжа другого роду одержані диференціальні рівняння їх руху. Проведено моделювання візуалізації їх руху за допомогою програмного пакету RecurDyn. Результати досліджень отримані за допомогою пакету RecurDyn і аналітичним шляхом показали, що їх рух може бути не стійким, в тих положеннях, які є оптимальними з точки зору технологічного процесу. Отримані диференціальні рівняння не можуть бути проінтегровані в елементарних функціях, тому безпосередній аналіз руху складний. Внаслідок сказаного досліджено умови стійкості руху за лінійним наближенням. Одержані необхідні умови стійкості руху, які вимагаються від конструкції.Design features of modern centrifuges studied. Revealed that their rotors are movable elements that revolve around horizontal axes. The dynamics of these moving parts of laboratory centrifuge considered. Using the Lagrange equation of the second kind the resulting differential equations of their motion considered. The modeling visualization of motion using the software package RecurDyn was made. The results that obtained by the research package RecurDyn and analytically showed that their motion can be unstable in the positions that are optimal in terms of the technological process. The differential equation can be not integrated in elementary functions, so direct analysis of movement is difficult. As a result of this stability conditions for motion with linear approximation investigated. Necessary conditions for stability of motion required of the design obtained.Рассмотрены конструктивные особенности современных центрифуг. Выявлено, что их роторы имеют подвижные элементы, которые вращаются вокруг горизонтальных осей. Рассмотрено динамику указанных подвижных элементов. Используя уравнение Лагранжа второго рода получены дифференциальные уравнения их движения. Проведено моделирование визуализации их движения с помощью программного пакета RecurDyn. Результаты исследований полученные с помощью пакета RecurDyn и аналитическим путем показали, что их движение может быть неустойчивым, в тех положениях, которые есть оптимальными с точки зрения технологического процесса. Полученные дифференциальные уравнения не могут быть проинтегрованы в элементарных функциях, поэтому непосредственный анализ движения сложный. Вследствие сказанного исследовано условия устойчивости движения за линейным приближением. Получены необходимые условия устойчивости движения, которые требуются от конструкции

Investigation of laboratory centrifuge motion as multibody system

Визначені динамічні характеристики лабораторної центрифуги з врахуванням її конструктивних особливостей, які полягають в тому, що вона являється багатомасовою системою закріпленою на пружних опорах. Показана відмінність від попередніх широко відомих підходів, в яких центрифуга розглядається як одномасова конструкція і не враховуються конструктивні особливості закріплення. Для дослідження її руху використані рівняння Лагранжа другого роду. Одержані диференціальні рівняння руху і визначені особливості руху центрифуги.Purpose. Definition of influence of gyroscopic effect on vibrations of a laboratory centrifuge. Design/methodology/approach. Vibrations take into account six degrees of freedom. Were found dependences of own frequencies depending on frequency and direction of rotation of a centrifuge. The correlation of results of numerical and experimental definition of values of own frequencies were shown. The model of a gyroscope accepted in article is calculated on its use at the solution of a number of applied tasks. The dynamic characteristics of the centrifuge with design features that consist in fact that it is multi-mass system fixed on elastic support is determined. Contrast to the previous well-known approaches in which the centrifuge is seen as a single-mass construction and do not take into account the design features fixing is shown. In order to study its motion used Lagrange equations of the second kind. Differential equations of motion and the specific features the centrifuge motion defined. Findings. With influence of gyroscopic effect on every degree of freedom we have two resonant frequencies instead of one. Originality/value. This research was important and original in field of vibrations of medical machines, which usually work with high values of frequencies. It shows changes of own frequencies depending on work frequencies. It can help to avoid a resonance during operation.Определены динамические характеристики лабораторной центрифуги с учетом ее конструктивных особенностей, которые заключаются в том, что она является многомассовой системой закрепленной на упругих опорах. Показано отличие от предыдущих широко известных подходов, в которых центрифуга рассматривается как одномассовая конструкция и не учитываются конструктивные особенности закрепления. Для исследования ее движения использованы уравнения Лагранжа второго рода. Получены дифференциальные уравнения движения и определены особенности движения центрифуги

Influence of static and dynamic imbalance on vibrations of the centrifuge shaft with gyroscopic effect

Розглянуто динаміку лабораторної центрифуги. Одержані диференціальні рівняння її руху. Знайдено вплив гіроскопічних ефектів на власні частоти. Розглянуто вплив статичного і динамічного дисбалансу обертання частин і показано, що вони викликають вимушені коливання. Побудовано амплітудно-частотні характеристики цих коливань і показано вплив на них гіроскопічних ефектів. Прийнята в статті методика розрахована на її використання при вирішенні ряду прикладних задач.Purpose. Definition of influence static and dynamic unbalance with gyroscopic effect on vibrations of a laboratory centrifuge. Design/methodology/approach. Vibrations take into account six degrees of freedom. The model of a gyroscope accepted in article is calculated on its use at the solution of a number of applied tasks. Findings. When static and dynamic unbalance considered, the amplitudes have discontinuity when the frequency coincides with the rotation own oscillation frequency. Originality/value. This research was important and original in field of vibrations of medical machines, which usually work with high values of frequences. It shows changes of amplitudes depending on work frequence. It can help to avoid a resonance during operation.Рассмотрена динамика лабораторной центрифуги. Полученные дифференциальные уравнения ее движения. Найдено влияние гироскопических эффектов на собственные частоты. Рассмотрено влияние статического и динамического дисбаланса частей и показано, что они вызывают вынужденные колебания. Построены амплитудно-частотные характеристики этих колебаний и показано влияние на них гироскопических эффектов. Принятая в статье методика рассчитана на ее использование при решении ряда прикладных задач

Influence of gyroscopic effect on fluctuations of the centrifuge shaft

Розглянуті коливання лабораторної центрифуги. Досліджені коливання з врахуванням шести степенів вільності. При малих кутах нутації визначаються кутові швидкості прямих та обернених прецесій, траєкторії руху симетричного гіроскопа. Експериментально визначені жорсткості пружних опор центрифуги. Знайдені залежності власних частот від частоти і напрямку обертання центрифуги. Показана кореляція результатів числового і експериментального дослідження власних частот. Прийнята в статті модель гіроскопа розрахована на її використання при вирішенні ряду прикладних задач.Purpose. Definition of influence of gyroscopic effect on vibrations of a laboratory centrifuge. Design/methodology/approach. Vibrations take into account six degrees of freedom. With small angles of a nutation angular speeds of forward and back precession, trajectories of movement of a symmetric gyroscope. Experimentally were defined rigidity of elastic support of a centrifuge. Were found dependences of own frequencies depending on frequency and direction of rotation of a centrifuge. The correlation of results of numerical and experimental definition of values of own frequencies were shown. The model of a gyroscope accepted in article is calculated on its use at the solution of a number of applied tasks. Findings. With influence of gyroscopic effect on every degree of freedom we have two resonant frequencies instead of one. Originality/value. This research was important and original in field of vibrations of medical machines, which usually work with high values of frequences. It shows changes of own frequence depending on work frequence. It can help to avoid a resonance during operation.Рассмотрены колебания лабораторной центрифуги. Исследованы колебания с учетом шести степеней свободы. При малых углах нутации определяются угловые скорости прямых и обратных прецессий, траектории движения симметричного гироскопа. Экспериментально определены жесткости упругих опор центрифуги. Найдены зависимости собственных частот от частоты и направления вращения центрифуги. Показана корреляция результатов числового и экспериментального определения значений собственных частот. Принятая в статье модель гироскопа рассчитана на ее использование при решении ряда прикладных задач

Determination of the rotor lab centrifuge lifetime

Використання методики, яка базується на явищі виникнення й накопичення пошкоджуваності та її врахування у системі визначальних рівнянь дає можливість суттєво підвищити достовірність розрахунку та прогнозування граничного стану й ресурсних характеристик відповідальних елементів при малоцикловій втомі з урахуванням особливостей експлуатаційних режимів. При цьому з динамічних розрахунків, які виконані за допомогою МСЕ, у програмному пакеті Ansys були визначені 3 рівні напружень, які виникають у небезпечних точках чашок лабораторних центрифуг. На першому етапі досліджень були проведені випробування циліндричних зразків алюмінієвого сплаву В95 на малоциклову втому при пилоподібному циклі навантаження. На другому етапі – випробування при постійному рівні навантаження до руйнування. Третій етап випробувань – це дослідження зразків при програмному навантаженні. В результаті проведених експериментальних досліджень було отримано залежності довговічності від параметрів навантаження для алюмінієвого сплаву В95.There is a number of requirements for the lab centrifuges advance, one of which is to provide the necessary durability, secondly, the guaranteed lifetime should be ensured by fail-safety and safety. These requirements are satisfied by the elements of data, structures must not fail during the guaranteed period of operation and safety is guaranteed by the presence of emergency shell. A structural element, which is the danger of destruction, is a cup. To ensure reliable designs manufacturers of the lab centrifuges produce a protective centrifuges shell with a rather large margin of safety, which leads to weight gain as an emergency shell and the total weight of the centrifuge. Decrease of weight of the centrifuge can be achieved by reducing the weight of emergency shell, but it requires improving the accuracy of the mechanism lifetime prediction. At present there is no general method of lifetime prediction of responsible and highly-loaded structural elements of different branches of industry. Current methods are based on two concepts: safety without makrodefects and regulated rupture. The operational lifetime is the total resource of (including crack grows life) and infancy macrocrack is accompanied by degradation of mechanical properties of structural materials and the appearance of three-dimensional dispersed damage. Using a methodology, which is based on the phenomenon of the occurrence and accumulation of damage and is taking into account the system of constitutive equations, makes it possible to increase significantly the accuracy of the calculation and prediction of the limit performance and resource responsible element in low cycle fatigue in view of features operating conditions. In this case, the dynamic calculations are performed by FEM, the software package ANSYS, identified three levels of stresses (470 MPa, 490 MPa, 500 MPa), which arise in dangerous points of cups lab centrifuge. In the first phase of research cylindrical specimens of aluminum alloy 7075 on low cycle with saw tooth cycle fatigue loading (loading 5 sec and unloading 5sec) were tested. In the second phase they were tested at constant load to fracture. The third phase of testing – the study at program load (load 5sec, holding at constant load 120 sec and unloading 5 sec). As a result of experimental research the dependence of the durability of the load parameters for aluminum alloy 7075 were obtained

Розробка мінімалістичного ортезу руки з електроприводом для лікування травм сплетіння плечового пояса

Elbow paresis, often resulting from brachial plexus injury, presents a significant challenge in the field of rehabilitation. To address this, we have developed a prototype powered orthosis that utilizes non-invasive surface electromyography (EMG) signals from neck muscles, such as the sternocleidomastoid, for intuitive control. This EMG-driven system allows for the precise manipulation of the elbow joint, covering the full physiological range of motion. The prototype's design integrates an EMG signal processor with an orthosis action operator, creating a seamless interface between human intent and mechanical action. Healthy participants were able to use neck muscle contractions to control elbow rotation effectively, demonstrating the system's potential for real-world application. The scaled EMG envelope directly influences the orthosis's rotational actuator, ensuring responsive and accurate control. Through rigorous sensitivity analysis, we optimized the control algorithm by adjusting EMG window lengths, signal filtering, and thresholding parameters. This optimization process ensures that the system can adapt to individual user needs, providing personalized and efficient control. The real-time control achieved with this prototype marks a significant step forward in the development of biomedical rehabilitation devices. It not only offers a practical solution for those affected by elbow paresis but also lays the groundwork for future advancements in neuromechanical interfaces. Our ongoing research aims to refine this technology further, exploring the integration of signal processing algorithms to predict and adapt to user movements, thereby creating a more natural and intuitive user experience. The ultimate goal is to develop a fully functional orthosis that can be readily implemented in clinical settings, providing a non-invasive, effective solution for elbow rehabilitation.Парез ліктьового суглоба, що часто виникає внаслідок травми плечового сплетіння, становить значну проблему в галузі реабілітації. Щоб вирішити цю проблему, ми розробили прототип ортеза з електроприводом, який використовує неінвазивні сигнали поверхневої електроміографії (ЕМГ) від м'язів шиї, наприклад стерноклеїдомастоїдний, для інтуїтивного управління. Ця система, керована ЕМГ, дозволяє точно маніпулювати ліктьовим суглобом, охоплюючи весь фізіологічний діапазон рухів.Конструкція прототипу інтегрує процесор ЕМГ-сигналів з оператором управління ортезом, створюючи єдиний інтерфейс між намірами людини та механічною дією. Здорові учасники мали змогу використовувати скорочення м'язів шиї для ефективного контролю обертання ліктя, демонструючи таким чином можливості системи для застосування в реальних умовах. Масштабована огинаюча ЕМГ безпосередньо впливає на привід обертання ортеза, забезпечуючи чутливий і точний контроль. Завдяки ретельному аналізу чутливості ми оптимізували алгоритм керування, відрегулювавши довжину вікна ЕМГ, фільтрацію сигналу та параметри порогових значень. Завдяки цьому процесу оптимізації система може адаптуватися до індивідуальних потреб користувача, забезпечуючи персоналізований та ефективний контроль. Управління в режимі реального часу, досягнуте за допомогою цього прототипу, є вагомим кроком вперед у розвитку біомедичних реабілітаційних пристроїв. Він не тільки пропонує практичне рішення для людей з парезом ліктьового суглоба, але й закладає основу для майбутніх досягнень в області нейромеханічних інтерфейсів. Наші поточні дослідження спрямовані на подальше вдосконалення цієї технології, вивчаючи інтеграцію алгоритмів машинного навчання для прогнозування та адаптації до рухів користувача, тим самим створюючи більш природний та інтуїтивно зрозумілий користувацький досвід. Кінцевою метою є розробка повнофункціонального ортеза, який можна буде легко впровадити в клінічних умовах, забезпечуючи неінвазивне, ефективне рішення для реабілітації ліктя