多功能离心机机械部分设计.doc

1、摘 要 针对细胞分离实验中同时需要摇床和离心机设备，而市场上的摇床和离心机功能单一，不能同时满足摇床和离心机的功能，浪费实验室空间和研究经费问题，提出了设计一种能实现摇床和离心机功能的多功能离心机。本文主要介绍了多功能离心机的机械部分设计过程。首先介绍了离心机和摇床的基本原理和结构组成，并确定了多功能离心机的总体方案。根据理论计算得到零部件的结构形式及尺寸。零件结构设计完成后，在UG软件中对设计的零件进行三维建模，并装配成整体，实现多功能离心机整体建模。利用UG建模可以直观地反应出零件之间的关系，可以检验出设计中存在的问题，例如零件之间相互干涉的问题。发现问题可以到零件的模型中进行修改，装配图

2、会自动更新。检查装配图没有问题以后，导出工程图，然后生成二维图，完成了多功能离心机机械部分设计。关键词：多功能；离心机；摇床；机构；设计 Abstract Both needs in view of the cell separation experiment in shaking table and to need the centrifuge, but in the market the function of the shaking table and the centrifuge is unitary, cannot simultaneously satisfy function of

3、 shaking table and the centrifuge, wastes the laboratory space and the research funds. Proposed designs one kind multi-function centrifuge to be able to realize the shaking table and the centrifuge function. This article mainly introduced the multi-function centrifuge mechanism part design process.

4、First introduced he basic principle and the structure composition of centrifuge and shaking table, and has determined the multi-purpose centrifuge overall plan. Obtains the structural style and the size 0f the part according to the theoretical calculation . After the components structural design com

5、pletes, carries on the three dimensional model in UG software to the design components, and assembles the whole, realizes the multi-purpose centrifuge overall model. Using the UG model may direct-viewing respond the relations between the components, may examine the question which in the design exist

6、s, for example between the components mutually interferes question. Found the problem may arrive the components in the model to carry on the revision, the assembly drawing can automatically renew .The inspection assembly drawing does not have after the question ,derives the engineering plat, then th

7、e production two dimensional plot , has completed the multi-function centrifuge machine part design.Key words : multi-function；centrifuge；shaking table；mechanism；design 目 录第一章 引言1第二章 多功能离心机总体方案确定22.1离心机基本原理22.1.1离心机工作原理22.1.2 台式离心机的结构32.1.3 离心机技术进展42.2摇床基本原理42.2.1摇床工作原理42.2.2摇床的结构52.2.2摇床技术发展62.3总体方

8、案确定62.3.1总体方案设计72.3.2总体方案改进8第三章 主要零部件设计83.1离心机转子的设计93.2 摇台、摇瓶夹及托盘的设计93.3电动机的选择113.4偏心轮和偏心支撑的结构设计133.5转轴和主轴133.6机架的设计143.7传动方案选择设计143.8热源室元件选择153.9箱体的设计15第四章 工程图164.1工程图16结束语17致谢18参考文献19附录:毕业设计调研报告20第一章 引言离心机是一种将装有样品溶液的离心管、瓶或者袋的转子置于转轴上，利用转子高速旋转所产生的强大离心力，使样品中不同性质的颗粒相互分离的特殊设备。离心机广泛地用于工业、农业、国防、生物医学工程、动植

9、物研究及医疗卫生等领域。摇床也称振荡器，它是一种将装有培养液（细胞溶液、血液、化学溶液等）的试管或锥形瓶固定在摇床台面上，台面做水平面内的回转式平动，使培养液在一定的扰动下进行培养。由于培养液在培养时通常是在恒温下进行的，所以摇床的摇台是密封在摇床室内的，并且在摇床室内有控制温度的装置，使得摇床室内温度恒定。摇床是微生物、病毒、遗传工程、植物、生物制品、医学等科研、教学、和生产部门不可缺少的设备之一。现在国内外市场上的离心机和摇床的功能单一，即，只能实现摇床或离心机的单一功能。在生物学的很多实验过程中，往往是先用摇床进行细胞培养，培养结束后，再将培养液放在离心机上进行离心分离。要想完成细胞的分

10、离实验，需要用到两台设备来进行。离心机和摇床的工作原理虽然不同，但它们在结构上有一定的相同之处，如：(一) 运行过程中的动力都是通过直流电动机输出的，且功率相差不大；(二) 电动机的转速都是可以调节的，通常是应用单片机进行精确的转速控制。上面两点说明，摇床和离心机的动力系统和操控系统是相同的，只是传动系统和执行系统不同。可以通过对传动系统进行合理的设计，使得两台设备可以使用同一台电动机来驱动。另外对控制系统进行合并和改进，采用同一操控系统来控制离心机和摇床的工作。目前情况下，离心机和摇床的技术都已经很成熟，通过对传动系统和控制系统的设计和改进，并对离心机和摇床两个执行机构进行合理的结构组合，可

11、以将离心机和摇床合并为一台设备。这样做的好处是：（一） 减少了一台实验设备，节省了一定的实验室空间；（二） 离心机和摇床合并为一台设备后，节省了一台电动机，总体成本下降；（三） 离心机和摇床在一台设备上，实验中操作更方便。综上，设计一台既具备离心机功能又具备摇抬功能的多功能离心机是可行的，同时具有一定的实用价值。第二章 多功能离心机总体方案确定2.1离心机基本原理离心机是一种将装有样品溶液的离心管、瓶或者袋的转头置于离心轴上，利用转头绕轴高速旋转所产生的强大离心力，使样品中不同性质的颗粒相互分离的特殊装置1 。2.1.1离心机工作原理（一）物质沉降原理1将一个密度为，体积为V的物质颗粒放在密度

12、为的液体中，根据物理学阿基米德定律，可以得出物质颗粒所受的合力是 （2-1） 当时，F0，物质颗粒下沉；当时，F0，物质颗粒悬浮在等密度区。离心机就是利用上述沉浮条件，使得样品溶液中的微粒按其密度或者形状大小来分离。（二）离心机原理2 根据物理学匀速圆周运动规律，置于转头中离心管里的物质受到的离心力是 （2-2）物质颗粒除了受到离心力作用外，还受到重力P的影响，因此采用相对离心力Fr: （2-3） 其中，得出 （2-4）相对离心力 （2-5） 上式离心力的大小与运转速度、离心半径之间的关系。任何一个离心转子都可以通过上式计算出它的最大、最小、或者任意位置的离心力大小。2.1.2 台式离心机的结

13、构离心机的结构 台式离心机主要由电机驱动系统、制冷系统、转头和系统控制等几部分组成，如图2-11。 图2-1 离心机结构示意图离心机驱动系统主要包括电机。它是电动机的心脏，是提供离心机动力的重要组成部分。驱动系统不同类型均有不同的寿命限制，在购买时应注意使用年限或累积的总转数。驱动系统主要分为油轮驱动系统、空气涡旋驱动系统磁悬浮驱动系统和电机驱动系统。电动机的选择主要包括容量、种类、电压、转速和结构形式的选择。由于高速和超速离心机在离心时速度高达每分钟几万转，转头与空气摩擦产生大量的热，这不但影响试样在离心时的变化，还会导致转头受热膨胀。因此，在高速和超速离心机中设计了制冷系统，冷却离心腔，保

14、持在较低的温度下离心，冷却系统对生物样品非常重要。制冷系统主要由温度传感器和制冷器组成。1离心机转头是离心机的重要组成部分，由于转头在高速旋转的条件下要承受很大的加速度离心力，所以对材料的选择、加工的精度和技术的难度、技术参数和安全系数等的要求非常严格。目前转头有十几个系列一百多个品种。根据转头的结构和用途可以分为固定角转头、水平转头、垂直转头、近垂直转头和酶标板转头等，还有其他特种转头等。转头的主要参数：最大转速、最大离心力、最大容量等。控制系统是离心机的指挥中心，各种设定的参数通过控制系统来执行。主要包括速度控制、温度控制和真空控制。2.1.3 离心机技术进展离心机自问世以来，经历了低速、调整、超速的变化，其进展主要体现在离心设备和离心技术两方面，二者相辅相成。变频调速技术在超速离心机中的应用，大大简化了超速离心机的结构，提高了离心仪器的寿命，20世纪90年代以来，国外主要离心厂商的全部产品，不论超速、高速