طراحي و تحليل يك سيستم چندمنظوره از دستگاه ايزوكنتيك با استفاده از آلياژ حافظه‌دار

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مكانيك

كارشناسي ارشد

امروزه با توجه به پيشرفت علم تلاش بر اين است كه پل ارتباطي مابين علوم تجربي و مهندسي ايجاد شود. با توجه به كهولت سن اكثريت مردم، فيزيوتراپي اهميت بسزايي در دنيا پيدا كرده است. از اين‌رو انجام تمرينات توان‌بخشي و همچنين تمرينات ورزشي استقامتي و قدرتي حائز اهميت مي‌باشند. دستگاه‌هاي ايزوكينتيك جهت درمان‌هاي توان‌بخشي، تسريع بهبودي ناشي از صدمات، انجام تمرينات استقامتي و قدرتي در فيزيوتراپي‌ها و همچنين باشگاه‌ها استفاده مي‌گردند. دستگاه‌ ايزوكينتيك جهت انجام تمرينات مرتبط با دست، پا و كمر قابل استفاده است. اين دستگاه به نحوي طراحي شده‌است كه ميزان برآيند نيروي وارده به آن بخش از دستگاه كه با بدن فرد در تماس است، تقريبا ثابت باشد. دستگاه‌هاي ايزوكينتيك پيشين، جهت اعمال نيرو از فنر معمولي پيچشي، وزنه و جعبه دنده استفاده مي‌كردند. در اكثريت دستگاه‌هاي پيشين از فنر معمولي با سختي ثابت يا جعبه دنده با توان، ولتاژ و سرعت ثابت استفاده شده است. معمولا دستگاه‌هايي كه در باشگاه‌هاي ورزشي كارايي دارند، جهت اعمال نيرو از يك سري وزنه با اوزان ثابت و مشخص استفاده مي‌كنند. شروع تمرينات با توجه به نوع تمريني كه فرد قصد انجام آن را دارد و همچنين ميزان توانايي بدني شخص، وزنه مورد نياز انتخاب مي‌شود. محدود بودن بازه اعمالي نيرو و عدم امكان تغيير وزنه در طول فرآيند از معايب دستگاه مذكور است. به طور كلي گزاف بودن هزينه‌ي تامين اين دستگاه و عدم تغيير ميزان نيروي ورودي بر اساس توانايي فرد از معايب دستگاه‌هاي موجود در بازار است. مواد هوشمند مصالحي هستند كه با عملكردي هوشمندانه در مقابل تغييرات محيطي مانند موجودات زنده مي‌توانند خود را با محيط منطبق سازند. دسته اي از اين مواد، مواد حافظه‌دار نام دارند كه داراي توانايي "به ياد آوردن" يك شكل حتي پس از تغيير شكل‌هاي نسبتاً شديد است كه پس از تغيير شكل در دماهاي پايين، اين مواد تا زمان گرم‌شدن تغيير شكل نخواهند داشت و از اين طريق آن‌ها به صورت طبيعي به شكل اصلي خود (شكل قبل از فرايند تغيير شكل) برمي‌گردند. از اين رو استفاده از فنرهايي از جنس مواد هوشمند كه از طريق اعمال محرك‌‌هايي از قبيل تغيير دما، تغيير ولتاژ و غيره واكنش نشان مي‌دهند، توانايي رفع برخي از مشكلات اشاره شده را دارند. سختي فنر معمولي به قطر سيم، قطر فنر، جنس آن و تعداد حلقه‌هاي فنر وابسته است از اين رو سختي فنر معمولي پس از ساخت قابل تغيير نيست. لذا ميزان نيروي توليد شده از فنر معمولي، فقط تابع ميزان جابه‌جايي آن است. سختي فنر آلياژ حافظه‌دار تابع درصد تركيبات نيكل و تيتانيوم، دماي كاري، ولتاژ اعمالي، قطر سيم، قطر فنر، تعداد حلقه‌هاي فنر و ميزان تنش برشي اعمالي است. لذا ميزان نيروي توليد شده در فنر آلياژ حافظه‌دار تابع دماي كاري، ولتاژ اعمالي و ميزان كشش فنر مربوطه است. با توجه به عدم يكسان بودن سختي فنر آلياژ حافظه‌دار، طراحي دستگاه‌ ايزوكينتيك ارائه شده در اين پايان‌نامه به نحوي صورت گرفته است كه قابليت ثابت نگه داشتن برآيند نيروي وارده به محل اتصال دستگاه به بدن شخص را تا حدودي دارد. به اين منظور با توجه به خواص حافظه‌داري و سوپرالاستيسيته بودن مواد حافظه‌دار (نايتينول)، در طراحي پيشنهادي به تركيبي از فنرهاي معمولي و آلياژ حافظه‌دار پرداخته شده است كه با توجه به قابليت متغير بودن سختي فنر آلياژ حافظه‌دار، برآيند نيروي اعمالي تقريبا ثابت مي‌شود. استفاده از تركيب فنر معمولي و فنر آلياژ حافظه‌دار باعث كاهش هزينه تامين، سبك تر شدن اين دستگاه و در نتيجه قابل حمل شدن آن مي‌شود. لازم بذكر است كه متصدي دستگاه امكان كاهش يا افزايش تعداد فنرهاي حافظه‌دار يا معمولي را كه به صورت موازي در نظر گرفته شده‌اند را دارد. اين قابليت باعث اعمال بازه نيرويي گسترده‌تري مي‌شود كه سبب انجام تمرينات ايزوكينتيك به صورت حرفه‌اي است.

219283

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان