CN106102922B - 离心机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心机(10)，尤其是一种实验室离心机，包括用于容置装有离心材料的容器的转子(12)，用于支撑所述转子(12)的电动机转轴(14)，用于通过所述电动机转轴(14)驱动所述转子(12)的电动机(18)，具有阻尼元件(36)的轴承单元(30)，每个阻尼元件(36)都具有一弹簧轴(36a)，以及用于通过所述轴承单元(30)将所述电动机(18)固定在所述离心机中的支撑元件(54)，其中所述阻尼元件(36)中的所述弹簧轴(36a)与所述电动机(18)的转动轴Y轴呈锐角σ放置。本发明的特征在于，所述轴承单元(30)包括多个与所述阻尼元件(36)相连接的支柱(34)，优选地为3到21个，所述支柱(34)分别与各所述弹簧轴同轴设置。

Description

离心机

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1前序部分中所述的离心机。

背景技术

通用离心机是众所周知的，有大量的各种不同的设计。特别地，对于实验室离心机，其设计的目的一直是使目标设备尽可能地紧凑，因为实验室的空间往往是有限的。此外，实验室离心机通常从顶部开始装载和卸载，因此必须给上述各装置提供足够的空间，从而保证可以打开离心机的盖子。

同时，在设计离心机时，必须小心地确保阻尼效果良好，以抵消经常出现的各种不平衡的情况。为了达到这个目的，现有技术一般以阻尼元件支持电动机，其中，阻尼元件的弹簧轴沿平行于电动机的纵向轴的方向延伸。首先，这种阻尼元件的设置方式导致阻尼元件对产生的力吸收不足。其次，阻尼元件中将产生应变，导致其使用寿命的缩短。

发明内容

本发明的目的是设计一种离心机，特别是一种实验室离心机，它将避免上述的缺点，并使得阻尼元件中的应变得到优化，同时使阻尼效果得到提高。

这个目的通过权利要求1前序部分以及特征部分的技术特征得以实现。

本发明基于在不平衡的情况下的发现，当处于不平衡情况下时，转子并非倾斜运动，而是翻滚运动。到目前为止，由于只在操作中观察转子向上和向下的运动，因此目前假定转子执行向上和向下的运动。然而，事实上，所产生的力不是平衡于转动轴的。相反地，在力的作用下，其载体是相对于旋转轴倾斜的。通过改变阻尼元件相对于转子支撑件和/或电动机的位置，本发明有可能获得更有效的阻尼效果，并使得离心机整体更加稳定。

本发明中，所述离心机包括用于容置装有离心材料的容器的转子，用于支撑所述转子的电动机转轴，用于通过所述电动机转轴驱动所述转子的电动机，具有阻尼元件的轴承单元，每个阻尼元件都具有一弹簧轴，和用于通过所述轴承单元将所述电动机固定在所述离心机中的支撑元件。其中所述阻尼元件中的所述弹簧轴与所述电动机的转动轴Y轴呈锐角σ放置。由于所产生的力是转子旋转造成振动的结果，特别是在不平衡的情况下，所产生的力与电动机的转动轴也呈锐角，因此，这样设置阻尼元件的益处在于，所产生的力主要以拉力和压力的形式直接作用在阻尼元件上。对阻尼元件造成应变的力越强，阻尼元件磨损和断裂的速度越快，例如，剪切力，而本发明中阻尼元件的设置方式可最小化，甚至完全消除了这种对阻尼元件造成强应变的力。因此，使用这种简单方便的方法，阻尼元件的使用寿命可以明显增加，且阻尼性能也显著提高。

在优选实施例中，所述轴承单元包括多个与所述阻尼元件相连接的支柱，优选地，数量为3到21个，所述支柱分别与各所述弹簧轴同轴设置。通过增大轴承单元底部的直径使得转子具有更高的稳定性，从而提高了其对转子的缓冲作用。

根据本发明的一个方面，所述阻尼元件还包括与所述电动机牢固连接的上支撑板和与所述支撑元件牢固连接的下支撑板。因此，轴承单元得到了强化，能够更有效地吸收和分配离心机产生的力。

将锐角σ的有利取值范围设定在10°至42°之间，是由于经验表明，需要被吸收的，由离心机产生并造成不平衡结果的力相对于电动机的旋转轴所呈的角度在这个取值范围内。因此，这些力大多都直接以拉力或压力的形式作用于阻尼元件上，相应地减小了剪切力和弯曲力。这将减少施加于阻尼元件上的有害应变，从而增加其使用寿命。

所述锐角σ的最佳的取值范围为15°至25°，因为大量的仿真数据显示，特别是实验室离心机，离心机所产生的力的角度值一般都在这个取值范围内。这将使施加于阻尼元件上的、影响其使用寿命的剪切力和弯曲力最小化。

在一个最佳实施例中，所述阻尼元件安装在所述支柱和所述下支撑板之间。增加阻尼元件之间的间距和加大其直径会改变阻尼元件中的杠杆比例，达到提高缓冲作用的效果。

基本上，所有具有缓冲抗震能力的装置都可以作为所述阻尼元件，比如，弹簧轴承、液压轴承、磁轴承。特别地，利用橡胶金属元件作为阻尼元件已被证明是有利的，因为橡胶金属元件可节省安装空间且价格低廉。

在一个优选实施例中，所述上支撑板通过第一弹簧元件与所述支柱相连接。这将使一部分离心机产生的力被所述第一弹簧元件吸收，由于所述第一弹簧元件均匀地分布在上支撑板的圆周上，因此离心机中所产生的力也被均匀地分配到了第一弹簧元件中。这将有效地提高轴承单元的缓冲效果。

在本发明的最佳实施例中，所述下支撑板通过第二弹簧元件与所述阻尼元件相连接。在这种情况下，同样地，这将使一部分离心机产生的力被所述第二弹簧元件吸收，由于所述第二弹簧元件均匀地分布在下支撑板的圆周上，因此离心机中所产生的力也被均匀地分配到了第二弹簧元件中。这将有效地提高轴承单元的缓冲效果。

此外，质量元件通过第三弹簧元件与支柱相连接，所述质量元件将通过自身质量继续增加所述阻尼元件的的稳定性，同时，另一方面，类似所述上支撑板和所述下支撑板，所述质量元件吸收水平方向的力和振幅振荡，并将在所述支柱间转移。这将进一步提高轴承的刚性，从而进一步提高系统的阻尼性能。

进一步地，所述质量元件包括两个圆盘状的质量板和设置在所述质量板之间的固定板。圆盘状的设计确保最佳的质量分布和较低的空间需求。所述质量板和所述固定板的物理分离，使得所述支柱将只需要连接到相对较薄的固定板即可，结构简单。

在本发明的一个优选实施例中，所述第一，第二和/或第三弹簧元件为从相关的板中延伸出来的且可以弹性活动的标签，相关的板指的是，如所述上支撑板，所述下支撑板和/或所述固定板。这简化了板和支柱和/或阻尼元件之间的连接。特别是，它简化了轴承单元的安装。

优选地，所述标签和所述相关的板均采用金属制成。因此，可以从大量的金属和合金中选择其材料对其进行生产，离心机的各项结构要求均能得到较好的满足。

特别优选地，所述上支撑板，所述下支撑板和/或所述固定板均为环形的圆盘状。环形圆盘加工方便简单，同时所述支柱和/或所述阻尼元件可以简单方便地均匀分布在其圆周上。这将使力通过标签被重新导入各板中，从而进行更好的受力分配，使轴承单元表现出更好的稳定性和阻尼能力。

在本发明的一个方面，所述上支撑板，所述下支撑板和/或所述固定板中的至少一个板和它的相关的所述标签为一体成型，并且特别地用金属材料制成，优选地用钢片制成。由于这样的设计使得组件更少，因此轴承单元的生产更容易，成本更低廉。该标签可以与支所述撑板一起在冲压和弯曲过程中一起生产。更进一步地，一体成型的板和标签将提高轴承单元的稳定性。

为了进一步增加系统的稳定性，所述电动机包括从电动机壳体向外伸出的安装脚，所述安装脚围绕所述电动机壳体安装，并彼此均匀间隔设置，用于将所述电动机与所述轴承单元牢固连接。

在本发明的一个最佳实施例中，所述安装脚将所述电动机与所述上支撑板相连接，所述上支撑板的标签位于所述安装脚之间。这将使所述轴承单元和所述电动机的连接更加稳定，作用力均匀地分布在整个上支撑板上，并确保离心机设计的紧凑性。

此外，下面将对本发明的技术特征和应用，结合附图中所示的实施例进行集中介绍。

附图说明

图1是未装配离心机外壳的离心机的侧视图；

图2是未装配离心机外壳的含有支撑元件的离心机的透视图；

图3是轴承单元的侧视图；

图4是轴承单元的俯视图；

图5是未装配转子和离心机外壳的离心机横截面的直视图；

具体实施方式

图1是未装配离心机10的侧视图。为了更好地了解本发明所必需的元件，离心机外壳已从这个附图和其他附图中被省略。

用于容置装有离心材料的容器的转子12沿着电动机18的Y转动轴的轴向设置在电动机18的Y转动轴的顶端，转子12的轴也是离心机10的转动轴。电动机转轴14支撑转子12并通过位于电动机转轴14下的电动机18进行驱动。电动机壳体24包覆在电动机18外。电动机转轴14通过上轴承16可转动地安装在电动机壳体24内，在面向轴承单元的一侧，下轴承22包覆着电动机轴14，见图5。以已知的方式，电动机转轴14可转动地与转子12连接，例如通过花键轴的方式可转动地连接(图中未标示)。

在电动机18背向转子12的一侧，电动机壳体24上安装了均匀分布的安装脚20，安装脚20将电动机18与轴承单元30的上支撑板32牢固连接。轴承单元30的作用是支持电动机18，同时缓冲由转子12的旋转所造成的力量。

下支撑板38设置在轴承单元背向电动机18的一侧。作为阻尼元件的橡胶金属元素36倾斜地安装在下部支撑板38上并通过具有同样角度的支柱34与上支撑板32牢固连接。橡胶金属元件36和与其相连的支柱34相对纵向轴Y所形成的锐角σ的取值范围优选为10°至42°，因为在转子12转动的过程中，造成不平衡的力在这个角度范围内作用在支柱34和橡胶金属元件36上。本实施例的离心机10中，锐角σ的角度值为21°已被证明特别适合。

此外，可以进一步采用没有支柱34的轴承单元30，例如，直接将橡胶金属元件36安装在上支撑板32上。然而，轴承单元30的下端采用更大的直径能够得到更高的稳定性，从而提高阻尼效应。另外，弹簧轴承、液压轴承、磁轴承均可以作为轴承单元30使用。但是选择橡胶金属元件36的离心机10具有特别好的性价比。

最后，质量元件40设置在上支撑板32和下支撑板38之间，并与支柱34和橡胶金属元件36牢固连接。橡胶金属元件36倾斜的位置和位于电动机18上，借助支柱34形成的橡胶金属元件36之间的间隔，已经可以得到很好的阻尼效应，所以质量元件40并非特别必需的。但是增加质量元件40明显会更多地提高阻尼效应。

下面将结合图2至图5对目前所讨论的各元件之间的连接关系进行描述。

图2是安装在支撑元件54上的离心机10的透视图。第一弹性标签48设置在上支撑板上的每一对安装脚20之间。所述标签48分别容纳了支柱34朝向上支撑板32的一端，并分别将支柱34与上支撑板32弹性连接。第一弹性标签48可以是一个独立的元件，如焊接在上支撑板32上的独立元件。但是如果第一弹性标签48，如实施例中所示，与上支撑板32一体成型，例如通过冲压和弯曲过程，并由与上支撑板32相同的材料制成，这将会提高轴承单元30的稳定性。

轴承单元30的下边界形成有下支撑板38，所述下支撑板38通过第二弹性标签50与橡胶金属元件36相连接。下支撑板38和上支撑板32之间设置有质量元件40。质量元件40由堆叠在彼此顶部的三个板组成。在质量元件40的中间是通过第三弹性标签52与橡胶金属元件36相连接的固定板44。安装在上面的和下面的所述固定板44分别为圆盘状的高质量板盘42和圆盘状的低质量板46，它们均与固定板44牢固连接。与第一弹性标签48相似，本实施例中的第二弹性标签50和第三弹性标签52均分别由与其相连接的下支撑板38和固定板44形成，并分别由和与其相连接的下支撑板38和固定板44相同的材料制成。

轴承单元通过下支撑板38以螺纹连接56的方式与支撑元件54牢固连接。在支撑元件54的四个角上设置有支撑脚58，离心机10通过支撑脚58站立在下垫面上。

轴承单元30的阻尼效应将通过图2进一步解释，图3是轴承单元的侧视图。为了使其更清晰，质量元件40的两个质量板42和46已从这个视图中省略。

如上所述，由离心机10的旋转部分产生的力，例如导致不平衡的力，相对于转动轴Y呈锐角。在本发明的离心机中，仿真数据显示这个锐角的角度取值范围为10°至21°。为了尽可能有效地吸收这些力，防止在阻尼元件中产生较大的应变，承担大多数缓冲作用的橡胶金属元件36被设置成一个合适的锐角角度21°。橡胶金属元件36通过第二弹性标签50与下支撑元件38牢固连接。在此情况下，第二弹性标签50作为弹性元件使用，从而提高了轴承单元30的阻尼效应。

在其他实施例的离心机10中，橡胶金属元件36可以直接被安装在上支撑板32上。但是，为了能够获得一个下部直径更大的轴承单元，从而取得更高的稳定性和更好的阻尼性能，在本实施里中，橡胶金属元件36和上支撑板32通过支柱34隔开。另外，为了使轴承单元30更加稳定，质量元件40(在图3中仅通过固定板44代表)设置在橡胶金属元件36和支柱34之间。第一弹性标签48由上支撑板32形成并将支柱34牢固连接在上支撑板32上，第三弹性标签52由固定板44形成并牢固连接固定板44和支柱34，并且作为弹性元件的橡胶金属元件36，如第二弹簧标签50，均进一步增加轴承单元30的阻尼效应。在这里，需要特别指出的是第三弹性标签52，其将一部分的力引到支柱34之间的水平面中，使力被吸收，即，使一部分力进入质量元件40中。

图4是轴承单元30的俯视图。从这个角度不能清楚地看到五个支柱34通过六角螺栓60与第一弹性标签48螺纹连接。支柱34的数量也可以根据各自的要求而有所不同。此外，上支撑板32有五个用于将电动机18上的安装脚20通过螺纹连接连接至上支撑板32的孔62。如图5所示。

图5是离心机10的垂直方向的截面示意图。与图1对比，为了清晰，将转子12和两个支柱34从此视图中省略。这个视图能够更清晰地显示出个体之间的联系。

电动机18的安装脚20通过螺母-螺栓组件64连接到上支撑板32上。为此，在安装脚20上设置孔66，在上支撑板32上设置孔62，这些孔均一一对应设置。

通过将六角螺栓60穿过第一弹性标签48中的孔70和与其相互对应的孔72,然后将其拧入支柱34的朝向上支撑板32的一端，从而实现上支撑板32和支柱34之间的牢固连接。

通过将设置在橡胶金属元件36朝向电动机18一侧的销74穿过在第三弹性标签52上的孔76，销74穿过一个设置在支柱34上，与孔76相对应的孔78，形成销74与孔76、78足够稳定的锁紧连接，从而实现固定板44与支柱34和橡胶金属元件36之间的牢固连接。离心机10的重量和支柱34倾斜的位置以及橡胶金属元件36在销74与孔76、78之间形成足够稳定的锁紧连接。

通过将螺栓80穿过第二弹性标签50中的孔82和橡胶金属元件36中与孔82一一对应设置的孔84，实现橡胶金属元件36和下支撑板38之间的牢固连接。

通过螺母-螺栓组件86，将螺栓穿过上质量板42中的孔88，固定板44中的孔90和下质量板46中的孔92，然后通过螺母将螺栓固定，从而获得固定板44，上质量板42和下质量板46之间的稳定连接。

引用标号表

10 离心机

12 转子

14 电动机转轴

16 轴承

18 电动机

20 安装脚

24 电动机壳体

30 轴承单元

32 上支撑板

34 支柱

36 橡胶金属元件

36a 弹簧轴

38 下支撑板

40 质量元件

42 上质量板

44 固定板

46 下质量板

48 第一弹性标签

50 第二弹性标签

52 第三弹性标签

54 支撑元件

56 螺纹连接

58 支撑脚

60 六角螺栓

62 孔

64 螺母-螺栓组件

66 孔

70 孔

72 孔

74 销

76 孔

78 孔

80 螺丝/螺栓

82 孔

84 孔

86 螺母-螺栓连接组件

88 孔

90 孔

92 孔

Claims (15)

1.一种离心机，包括：

a)用于容置装有离心材料的容器的转子（12），

b）用于支撑所述转子（12）的电动机转轴（14），

c）用于通过所述电动机转轴（14）驱动所述转子（12）的电动机（18），

d）具有阻尼元件(36)的轴承单元(30)，每个阻尼元件(36)都具有弹簧轴(36a)，和

e）用于通过所述轴承单元（30）将所述电动机（18）固定在所述离心机中的支撑元件（54），其中所述阻尼元件（36）中的所述弹簧轴（36a）与所述电动机（18）的转动轴Y轴呈锐角σ放置，其特征在于，所述轴承单元（30）包括3到21个与所述阻尼元件（36）相连接的支柱（34），所述支柱（34）分别与各所述弹簧轴(36a)同轴设置；

所述轴承单元（30）具有至少一个用于与弹簧元件（48,50）相配合的支撑板（32,38）；

还包括与所述电动机（18）连接的上支撑板（32）和与所述支撑元件（54）连接的下支撑板（38）；

质量元件（40）设置在所述上支撑板（32）和所述阻尼元件（36）之间，并与所述支柱（34）连接。

2.根据权利要求1所述的离心机，其特征在于：所述锐角σ的取值范围为10°至42°。

3.根据权利要求1所述的离心机，其特征在于：所述阻尼元件（36）安装在所述支柱（34）和所述下支撑板（38）之间。

4.根据权利要求1所述的离心机，其特征在于：所述阻尼元件（36）为弹簧轴承、液压轴承、磁轴承或橡胶金属元件。

5.根据权利要求1所述的离心机，其特征在于：所述上支撑板（32）通过第一弹簧元件（48）与所述支柱（34）相连接。

6.根据权利要求5所述的离心机，其特征在于：所述下支撑板（38）通过第二弹簧元件（50）与所述阻尼元件（36）相连接。

7.根据权利要求6中所述的离心机，其特征在于：所述质量元件（40）通过第三弹簧元件（52）与所述支柱（34）相连接。

8.根据权利要求7中所述的离心机，其特征在于：所述质量元件（40）包括两个圆盘状的质量板（42,46）和设置在所述两个质量板（42,46）之间的固定板（44）。

9.根据权利要求8所述的离心机，其特征在于：第一，第二和/或第三弹簧元件（分别为48,50和52）以从与其相连的板中延伸出来的标签的形式设置，沿垂直于所述弹簧轴（36a）的方向延伸并可以弹性活动，其中，所述与其相连的板为所述上支撑板（32），所述下支撑板（38）和/或所述固定板（44）。

10.根据权利要求9中所述的离心机，其特征在于：所述第一，第二和/或第三弹簧元件（48,50,52）和所述与其相连的板（32,38,44）均采用金属材料制成。

11.根据权利要求8所述的离心机，其特征在于：上支撑板（32），下支撑板（38）和/或固定板（44）均为环形的圆盘状。

12.根据权利要求11中所述的离心机，其特征在于：所述上支撑板（32），所述下支撑板（38）和/或固定板（44）中的至少一个板（32,38,44）和与所述至少一个板（32,38,44）相连的第一，第二和/或第三弹簧元件（48,50,52）为一体成型，均用金属材料制成。

13.根据权利要求12中所述的离心机，其特征在于：所述电动机（18）包括从电动机壳体（24）向外伸出的安装脚（20），所述安装脚（20）彼此均匀间隔地安装在所述电动机壳体（24）的周围，并用于将所述电动机（18）所述轴承单元（30）连接。

14.根据权利要求13中所述的离心机，其特征在于：所述电动机（18）与上支撑板（32）相连接时，所述上支撑板（32）的第一弹簧元件（48）位于所述安装脚（20）之间。

15.根据权利要求1中所述的离心机，其特征在于，所述离心机是一种实验室离心机。