离心搅拌机三维结构设计+文献综述(3)
② 绘制原理图、三文立体图以及二文工程图。
2.2 设计目标和设计思路
本设计的目标是实现离心和搅拌，离心功能通过电机带动主轴旋转，再通过相应的连接件带动试管旋转实现，结构比较明确。要实现搅拌功能，则需要让试管实现震动，可以使用的方式有机械式的和非机械式的。非机械的如电磁方式，通过电磁铁对试管架间歇的磁力作用，实现试管的摆动。但是考虑到电磁方式的不稳定性和控制上的复杂性，并没有选择此种方式。机械的方式有很多种，显然，最终要实现的效果是试管的俯仰摆动，并且动力的来源是电机，是旋转运动。要实现旋转运动和摆动的转换，首先想到的就是四连杆机构。这种机构结构简单稳定，也便于加工制作。为提高效率，离心搅拌机要同时对四个试管进行操作，若对每一个试管都使用一个四连杆机构，结构必定复杂，所以若使用四连杆机构，同时为简化结构，考虑将四个试管的四连杆机构集合到一起，通过一个构件的运动带动四只试管的动作。一种方法便是使用曲杆机构，将一个曲杆放置在四个试管的转动中心，通过连杆将曲杆和四只试管连接起来，这样便能实现四只试管的同时运动。这套装置需要独立的动力输入，这样就需要两个电机，并且这个电机要随着离心运动中旋转的转盘一起转动，才能使离心和搅拌不相干涉，但是电机的接线方式便成了致命问题。为解决电机的接线问题，可以考虑将离心运动中的旋转盘掏空，不过相应的问题，如各个零件的支撑又成了问题。权衡各方面利弊，最终决定不才用这种方式。另外一种机械的实现方式是利用曲柄滑块机构。这种机构将旋转运动转换成直线往复运动，利用这个特点，可以实现对试管的扰动。同时可以利用曲柄滑块机构的行程，实现机构与试管的自动脱离，这样离心和搅拌功能可以互不干涉，相互脱离。然而，这种机构也需要两个动力源，一个用于驱动离心，另一个用于驱动曲柄滑块机构，实现搅拌。如果将曲柄滑块机构置于转盘的下方，将面临与前一种方法同样地困境--电机的接线问题。所以要将其放置在转盘的上方。但是放置在上方，电机和曲柄滑块机构的固定将占用较大的尺寸和空间，使整个设备的尺寸偏大，结构松散，不够紧凑。综合考虑，权衡利弊，也不采用这种结构。另外一种，也是本设计采用的机械的方式，是使用单向超越离合器。单向超越离合器具有正转正常工作，内外圈同时转动；反转打滑，内外圈分离的特点。利用这一特点，可以实现离心和搅拌功能的分离。并且可以只使用一台电机带动离心和搅拌系统，使得设备的整体结构比较紧凑。不过使用超越离合器也有它的弊端，如在反转时可能会由于摩擦的因素使得外圈随内圈有轻微的转动，这样会使得离心和搅拌的结构相互干涉，影响整个功能使用，因此要使用相应的结构将超越离合器反向楔住，以排除摩擦等因素的不良影响，实现正常功能。考虑到这种方式优点明显，结构明确简单，因此最终采用了这种结构。
3 离心搅拌机的总体设计
3.1总体设计方案
图3-1离心搅拌机总体设计方案图
本设计要求将离心和搅拌功能整合到同一台设备中，同时离心和搅拌功能不能相互干涉，这也是本设计的重点难点所在。本设计中离心功能通过电机带动主轴旋转，再通过相应的连接件带动试管旋转实现。为实现搅拌功能使用了凸轮导杆机构。通过凸轮的转动，带动导杆在导轨内往复运动，推动试管架俯仰运动，达到搅拌的效果。离心和搅拌是两个相互不能干涉的过程，为实现这两种功能的分离，本设计中使用的了单向超越离合器。单向超越离合器具有正反转可分离的特点，即正向转动的时候超越离合器内外圈同时随主轴转动，在反向转动时，内圈随主轴转动，外圈与内圈脱离，不随其转动。利用这一特点，可以使用两个上下分布的超越离合器，分别与离心和搅拌系统连接，通过电机的正反转实现两个系统的分步进行，达到两种功能的互不干涉。为实现离心功能，要求主轴竖直放置，这就要求考虑各个零件的重力因素，这在设计中也成为需要注意的一个方面。由于设计的需要，使用了双向推力轴承，以实现零件在竖直方向的定位和支撑。由于在实现搅拌功能时，要求试管不能在主轴方向转动，同样在实现离心功能时要求凸轮固定，为防止超越离合器外圈在反向转动时由于摩擦而随内圈转动，影响相应功能的正常实现，设计还包含位置固定系统，用到了速度传感器——编码器和光电传感器以及电磁铁用来实现相应零件的位置固定，达到搅拌和离心功能的互不干涉。