CASESTUDY
"Outside the Box" - De nauwkeurige meting van de energie van de onderkaakaanval van een valkaakmier door het gebruik van OAV-luchtlagers.
OAV-oprichter Murat Erturk's favoriete uitdrukking, "outside the box", is passend geassocieerd met het bedrijf dat Murat begon na zijn technische carrière in ruimtevaart- en luchtvaartgerelateerde technologieën. "out of the box" bij het spreken met klanten en klanten of bij het ontwikkelen van nieuwe luchtlagers om bestaande productie- en industriebrede problemen op te lossen. Op dezelfde manier waarop LED-technologie gloeilampen is gaan vervangen, vervangen wrijvingsloze luchtlagers snel de standaard rollagers. en lineaire lagers, niet alleen dankzij de behoefte van de industrie aan meer efficiëntie en energiereductie, maar ook vanwege de behoefte aan grotere precisie en kostenbesparingen op de lange termijn.
Justin Jorge, een promovendus in het laboratorium van Dr. Sheila Patek aan de Duke University, kreeg onlangs de opdracht om de energie te meten die vrijkomt uit de kaken van een mier, de valkaakmier om precies te zijn. Jorge besefte dat de huidige sensoren en technieken voor energiemeting niet werkten op de schaal en tijdschaal van een valkaak-aanval op de onderkaak en hij begon een nieuw op een slinger gebaseerd meetsysteem te creëren. Na een lange periode van ontwerpen en testen, kwam Jorge tot de conclusie dat conventionele technieken voor het maken van een slinger (inclusief een op een slinger gebaseerd meetsysteem met behulp van bestaande rollagers) voor het nauwkeurig meten van de energie die vrijkomt uit de kaken, absoluut onvoldoende en onnauwkeurig waren. Elke poging tot meting werd inderdaad buitengewoon moeilijk gemaakt vanwege de grootte, snelheid en versnelling van de kaken van de valkaakmier - een begrijpelijke conclusie gezien de uiteinden van de kaken versnellen met een snelheid die groter is dan een kogel die wordt afgevuurd door een gewoon pistool . De energie die wordt gegenereerd door de kaken op hun doelwit kon niet nauwkeurig worden bepaald door het gebruik van gemeenschappelijke technologieën met behulp van standaardmethoden met een gemeenschappelijke rotatielager. Gegevens genomen werd gecompromitteerd door de energie die nodig was om de initiële wrijving en het traagheidsmoment van de traditionele lagers in eerdere ontwerpen van de testopstelling te overwinnen.
Jorge werkte in het laboratorium van Dr. Patek aan de Duke University en hoopte een nieuw op een slinger gebaseerd meetinstrument te ontwerpen dat een gereduceerd of wrijvingsloos rotatiepunt vereiste. op een nieuwe technologie – luchtlagers – als mogelijke oplossing. Na een reeks ontwerp- en toepassingsbesprekingen met de ingenieurs van OAV wist hij dat hij op de goede weg was. Latere tests hebben bewezen dat hij gelijk heeft.
Door het traditionele rollager op het draaipunt van de dubbele stijve pendeltestconstructie te vervangen door het OAV-luchtrollager, kon Jorge de hindernis overwinnen die traditionele lagers met zich meebrengen bij het verzamelen van kwaliteitstestgegevens. His conclusies waren duidelijk: "wrijving heeft een groot effect op energiemeting op deze schalen (micro-joules) ... en ... de hoeveelheid energie die wordt gemeten met de OAV-luchtlagers is minstens zes keer groter dan wanneer we traditionele kogellagers gebruikten."_cc781905 -5cde-3194-bb3b-136bad5cf58d_ Het duidelijke gevolg van deze conclusie is het duidelijke verlies aan energie dat verloren gaat door de rotatiebeweging van de traditionele lagers en de langetermijnvoordelen van het gebruik van luchtlagers ten opzichte van traditionele lagers. Jorge concludeerde ook dat, hoewel het luchtlager duidelijk duurder is dan traditionele lagers, men "het gebruik ervan kan rechtvaardigen door tijdsbesparingen door het elimineren van onderhoud tussen tests en de precisie. ion en nauwkeurigheid die onmogelijk is met traditionele lagers. minder onderhouds- en uitvaltijd (en bijbehorende arbeidskosten), verhoogde betrouwbaarheid op lange termijn en nauwkeurigheid.
OAV-ingenieurs hebben soortgelijke verhalen in veel van hun ondersteunend werk voor universitaire en zakelijke onderzoekers. Of men nu de energie test die wordt gegenereerd door de aanval van de kaak en de onderkaak of de energie die wordt gegenereerd door de vleugels van een gewone huisvlieg, OAV werkt aan oplossingen voor de toekomst.
_____________________________
Jorge, JF, Bergbreiter, S. en Patek, SN (2021). Metingen op basis van slingers onthullen impactdynamiek op de schaal van een valkaakmier. J Exp Biol jeb.232157.
Dit materiaal is gebaseerd op werk ondersteund door het US Army Research Laboratory en het US 592 Army Research Office onder contract-/subsidienummer W911NF-15-1-0358.
OAV founder Murat Erturk’s favorite expression, “outside the box", is appropriately associated with the company Murat started after his engineering career in aerospace and aviation related technologies. Indeed, many of OAV’s engineers focus on thinking “outside the box” when speaking with clients and customers or when developing new air bearings to solve existing manufacturing and industry wide problems. In much the same way that LED technology has come to replace incandescent light bulbs, frictionless air bearings are rapidly replacing standard roller and linear bearings, thanks not only to the industry’s need for greater efficiency and energy reduction, but also due to the need for greater precision and long-term cost savings.
Justin Jorge, a PhD student in the laboratory of Dr. Sheila Patek at Duke University, was recently tasked with measuring the energy released from the mandibles of an ant, the trap-jaw ant to be precise. Jorge realized that the current sensors and energy measurement techniques did not work at the size and time scales of a trap-jaw ant mandible strike and set out to create a novel pendulum-based measurement system. After an extended period of design and testing, Jorge came to the conclusion that conventional techniques for creating a pendulum (including a pendulum-based measurement system utilizing existing roller bearings) for accurately measuring the energy released from the mandibles were grossly insufficient and inaccurate. Indeed, any attempts at a measurement was made exceedingly difficult due to the size, speed, and acceleration of the trap-jaw ant’s mandibles – an understandable conclusion given the tips of the mandibles accelerate at a speed greater than a bullet fired from a common handgun. The energy generated by the mandibles on their target could not be accurately determined through the use of common technologies using standard methods with a common rotational bearing. Data taken was compromised by the energy required to overcome initial friction and moment of inertia of the traditional bearings in earlier designs of the test assembly.
Working in Dr. Patek’s laboratory at Duke University, Jorge’s hope was to design a novel pendulum-based measurement device that required a reduced or frictionless point of rotation. Thinking “outside the box”, he landed upon a new technology – air bearings – as a possible solution. Following a series of design and application discussions with the engineers at OAV, he knew he was on the right track. Subsequent tests have proven him correct.
By replacing the traditional roller bearing at the fulcrum of the dual rigid pendulum test assembly with the OAV Air Roller Bearing, Jorge was able to overcome the hurdle presented by traditional bearings in collecting quality test data. His conclusions were clear: “friction has a large effect on energy measurement at these scales (micro-joules) …and…the amount of energy measured using the OAV air bearings is at least six times greater than when we used traditional ball bearings.” The clear corollary to this conclusion is the obvious loss of energy lost to the traditional bearings rotational motion and the long-term advantages of utilizing air bearings over traditional ones. Jorge also concluded that while the air bearing is clearly more costly than traditional bearings, one can “justify (it’s use) with savings in time by eliminating maintenance between tests and the precision and accuracy that is impossible with traditional bearings.” OAV’s engineers concur. The use of air bearings may be more costly initially but they reduce long term costs through less maintenance and down time (and associated labor) costs, increased long term reliability, and accuracy.
OAV engineers have similar stories in much of their supportive work for University and corporate based researchers. Whether one is testing the energy generated by the trap jaw ant mandible strike or the energy generated by the wings of a common house fly, OAV is working to supply solutions for the future.
______________________________
Jorge, J. F., Bergbreiter, S. and Patek, S. N. (2021). Pendulum-based measurements reveal impact dynamics at the scale of a trap-jaw ant. J Exp Biol jeb.232157.
This material is based on work supported by the U.S. Army Research Laboratory and the U.S. 592 Army Research Office under contract/grant number W911NF-15-1- 0358.