CN108636525B - 一种高通量行星球磨机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及粉末冶金、陶瓷材料技术领域，具体公开了高通量行星球磨机，其包括一级转盘和二级转盘，一级转盘由传动机构带动转动，一级转盘转动时可以带动二级转盘沿一级转盘的转动中心公转，二级转盘共设有多层，二级转盘的每一层上阵列有多个球磨罐。该球磨机的若干球磨罐可同时工作，在单位时间内同时对上百组不同成分、种类的粉末进行研磨；以达到高通量、高效率的试验要求。

Description

一种高通量行星球磨机

技术领域

本发明涉及粉末冶金、陶瓷材料技术领域，具体涉及一种尤其涉及一种粉碎、研磨、分散金属、非金属、有机物等粉体的装置。

背景技术

材料基因组是材料研发的一种新理念，其主要目的是提高新材料探索的效率,缩短从新材料研发到最终应用的时间，降低新材料研发的成本。材料基因组这一理念包含了如图2所示的三方面内容:高通量计算，高通量实验，数据管理。高通量计算是通过理论和计算机模拟对材料的相形成和性能进行预测，从而缩小实验搜索的范围，缩短实验时间和成本。高通量实验则是通过实验手段实现大量样品的快速合成、结构表征、性能测量，从而筛选出性能得到优化的新材料。数据管理则是将计算和实验获取的材料数据形成数据库，并通过数据挖掘技术从海量数据中发现新的物理规律，补充现有理论或形成新的理论，进一步指导新材料的开发。

当前，即使在材料计算模拟技术领先的欧美国家，由于受到目前计算能力、理论模型和基础数据的限制，绝大多数材料计算结果的准确性还远不能达到实验结果水平，难以满足实用要求。因此，在由传统经验方法向新型预测方法的过渡中，高通量实验扮演着承上启下的关键角色。首先，高通量实验可为材料模拟计算提供海量的基础数据，使材料数据库得到充实；同时，高通量实验可为材料模拟计算的结果提供实验验证，使计算模型得到优化、修正；更为重要的是，高通量实验可快速地提供有价值的研究成果，直接加速材料的筛选和优化。随着中国材料科技的快速发展和材料基因组方法在研发中不断被广泛采用，高通量实验的重要性将日益彰显。

“材料高通量实验”是作为材料基因组三大要素之一，是通过在短时间内完成大量样品的制备或表征。其特点是将传统材料研究中的顺序迭代方法改为并行处理，以量变引起材料研究效率的质变。球磨机广泛应用陶瓷、磁性材料、荧光粉末、纳米材料、粉末冶金等领域的实验研究。在“材料基因工程”背景下，传统行星球磨机由于其单次粉末制备效率低(单次制备粉体数量在4～6种)，无法满足“材料高通量实验”的要求。本发明单次粉末制备效率高，可一次性制备上百种粉体。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的球磨机单次制备粉体数量少、效率低的不足；提高了一种高通量球磨机，使其能够单次制备上百种不同粉体，以满足“材料基因工程”的“高通量实验”要求。

为达到上述目的，本发明的基础方案如下：

高通量行星球磨机包括一级转盘和二级转盘，一级转盘由传动机构带动转动，一级转盘转动时带动二级转盘沿一级转盘的转动中心公转，二级转盘共设有多层，二级转盘的每一层上阵列有多个球磨罐。

本方案高通量行星球磨机的有益效果在于：

传动机构带动一级转盘转动，则二级转盘将绕一级转盘的转动中心公转；且在二级转盘的每一层上安装多个球磨罐，则一级转盘将同时带动若干球磨罐绕一级转盘的转动中心转动，即若干球磨罐可同时工作，可以在单位时间内同时对上百组不同成分、种类的粉末进行研磨。通过在一级转盘上叠加二级转盘，并将二级转盘设置为多层机构；则可达到高通量、高效率的试验要求。

优选方案一：作为对基础方案的进一步优化，所述一级转盘上沿一级转盘的中心圆周阵列多个所述二级转盘。二级转盘圆周阵列在一级转盘上，可以减小一级转盘和二级转盘转动时的震动，提高稳定性。

优选方案二：作为对优选方案一的进一步优化，所述二级转盘转动连接在一级转盘上，二级转盘绕一级转盘的转动中心公转的同时，二级转盘还绕自身的转动中心自转。由于球磨罐安装在二级转盘上，而二级转盘在绕一级转盘转动的同时还自转，通过两种运动的叠加，可以使球磨罐的运动轨迹更复杂，增大球磨罐内研磨体运动的不规律性，从而有利于提高研磨效率。

优选方案三：作为对优选方案二的进一步优化，所述球磨罐沿二级转盘的中心呈圆周阵列，球磨罐与二级转盘转动连接，球磨罐绕二级转盘的转动中心公转的同时，球磨罐还绕自身的转动中心自转。在本优选方案中，球磨罐将沿一级转盘的转动中心公转，且球磨罐还绕二级球磨罐的转动中心公转，另外，球磨罐还沿自身的转动中心自转，通过叠加3种运动，进一步增强了球磨罐的运动轨迹复杂性，增大了球磨罐内研磨体运动的不规律性，进一步提高了研磨效率和质量。

优选方案四：作为对优选方案三的进一步优化，所述传动机构包括电机、第一主动齿轮、第一从动齿轮和第一齿圈，第一主动齿轮与一级转盘转动连接，且第一主动齿轮的中心与一级转盘的转动中心重合，第一从动齿轮与一级转盘转动连接并与第一主动齿轮啮合，且二级转盘由第一从动齿轮驱动绕自身的转动中心自转，第一齿圈设于一级转盘外周，且第一齿圈为固定件并与第一从动齿轮啮合。

在优选方案四中，第一主动齿轮、第一从动齿轮、一级转盘和第一齿圈构成一个行星轮系结构；其中，第一主动齿轮为太阳轮，第一从动齿轮为行星轮，而一级转盘为行星架，由于第一齿圈为固定件，因此在电机驱动第一主动齿轮转动时，一级转盘和第一从动齿轮转动，而通过第一从动齿轮则可以带动二级转盘自转，即实现二级转盘绕一级转盘的转动中心公转，同时二级转盘自转。

优选方案五：作为对优选方案四的进一步优化，所述第一主动齿轮的转轴上固定有皮带轮，电机通过带传动驱动第一主动齿轮转动；带传动结构简单，且便于维护和更换。

优选方案六：作为对优选方案四的进一步优化，所述一级转盘内设有空腔，第一主动齿轮和第一从动齿轮均设于空腔内；从而可以避免灰尘落入第一主动齿轮和第一从动齿轮之间，造成齿轮出现点蚀现象，加速齿轮的损坏。

优选方案七：作为对优选方案四的进一步优化，所述二级转盘上转动连接有第二主动齿轮和第二从动齿轮，二级转盘的外周设有与一级转盘固定的第二齿圈，第二从动齿轮与第二主动齿轮和第二齿圈均啮合，第二主动齿轮与第一从动齿轮固定，第二从动齿轮与球磨罐固定。

在优选方案七中，第二主动齿轮、第二从动齿轮、二级转盘和第二齿圈同样也构成一个行星轮系结构；其中，第二主动齿轮为太阳轮，第二从动齿轮为行星轮，二级转盘为行星架；而第二齿圈固定在一级转盘上，相当于固定件，由于第二从动齿轮与球磨罐固定，因此在球磨罐绕二级转盘的转动中心转动的同时，球磨罐也将自转。则球磨罐将沿一级转盘的转动中心公转，且球磨罐还绕二级球磨罐的转动中心公转，同时球磨罐还沿自身的转动中心自转，从而达到叠加3种运动的目的。

附图说明

图1为实施例一主要结构件的整体示意图；

图2为实施例一主要结构件的主视图；

图3为实施例一中一级转盘转动方式示意图；

图4为实施例一中二级转盘转动方式示意图；

图5为实施例二主要结构件的整体示意图；

图6为实施例二主要结构件的主视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：电机10、一级转盘20、第一主动齿轮21、第一从动齿轮22、二级转盘30、第二主动齿轮31、第二从动齿轮32、球磨罐40。

实施例一：

如图1、图2所示，本实施例的高通量行星球磨机包括一级转盘20和二级转盘30，以及驱动一级转盘20和二级转盘30转动的传动机构。如图3所示，传动机构的主要结构为一行星轮系结构，其包括电机10、第一主动齿轮21、第一从动齿轮22以及套置在一级转盘20外周的第一齿圈；第一齿圈为固定件，一级转盘20可在第一齿圈内转动。一级转盘20内设有空腔，第一主动齿轮21和第一从动齿轮22均设于空腔内，第一主动齿轮21通过转轴转动连接在一级转盘20的中心，且第一主动齿轮21的转轴的下端延伸出一级转盘20并焊接有皮带轮，电机10则通过带传动驱动第一主动齿轮21转动。第一从动齿轮22共设有六个，且第一从动齿轮22均布在第一主动齿轮21的外周，第一从动齿轮22同样与一级转盘20转动连接并与第一主动齿轮21和第一齿圈均啮合，从而使得一级转盘20在该行星轮系结构中充当行星架的作用。当电机10带动第一主动齿轮21转动时，第一从动齿轮22自转的同时还会绕第一主动齿轮21公转，从而第一从动齿轮22将带动一级转盘20转动。

二级转盘30共设有六个并沿一级转盘20的转动中心均匀分布，且第一从动齿轮22的转轴向上延伸并与二级转盘30的中心转动连接，因此当第一从动齿轮22公转的同时，二级转盘30会跟随第一从动齿轮22绕一级转盘20的转动中心公转。二级转盘30上设有若干球磨罐40，球磨罐40绕二级转盘30的转动中心呈圆周阵列，且球磨罐40与二级转盘30转动连接。如图4所示，二级转盘30内设有第二主动齿轮31和第二从动齿轮32，第二主动齿轮31与第一从动齿轮22的转轴固定，而第二从动齿轮32与球磨罐40固定连接；而在二级转盘30的外周设有第二齿圈，第二齿圈固定在一级转盘20上，且第二从动齿轮32与第二齿圈和第二主动齿轮31均啮合，使得第二主动齿轮31、第二从动齿轮32、二级转盘30和第二齿圈同样也构成一个行星轮系结构，而二级转盘30则在该行星轮系结构中起到行星架的作用。

另外，如图1、图2所示，二级转盘30由多层组成，在本实施例中，二级转盘30共设有三层，且每层上均设有六个球磨罐40，且相邻层之间相对应的球磨罐40相互固定，从而使得最下层的球磨罐40自转时，会带动上层的球磨罐40同时自转。第一主动齿轮21的转轴上固定有皮带轮，电机10通过带传动驱动皮带轮转动，从而可驱动第一主动齿轮21转动。

本实施例高通量行星球磨机的具体工作过程为：

电机10驱动第一齿轮转动时，一级转盘20将绕其自身的转动中心转动，从而使得二级转盘30跟随一级转盘20转动，即二级转盘30将绕一级转盘20的转动中心公转。由于第二主动齿轮31和第一从动齿轮22固定在同一转轴上，因此，第一主动齿轮21驱动第一从动齿轮22转动的同时，第二主动齿轮31也将转动，从而二级转盘30将绕其自身的转动中心自传，同时与第二从动齿轮32固定的球磨罐40将绕其自身的转动中心自转，且球磨罐40还将绕二级转盘30的转动中心公转。在本实施例中，球磨罐40的数量为6×3×6＝108个，因此一次可进行108组的研磨实验操作。

实施例二：

如图5、图6所示，实施例二与实施例一的区别仅在于二级转盘30的数量、层数及球磨罐40的数量的不同。在实施例二中，二级转盘30共设有六个，且每个二级转盘30共设有四层，而二级转盘30的每一层上设有六个球磨罐40，因此，球磨罐40的数量为6×4×6＝144个，即一次可进行144的研磨实验操作。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (5)

1.一种高通量行星球磨机，其特征在于：包括一级转盘和二级转盘，一级转盘由传动机构带动转动，一级转盘转动时带动二级转盘沿一级转盘的转动中心公转，二级转盘共设有多层，二级转盘的每一层上阵列有多个球磨罐；所述一级转盘上沿一级转盘的中心圆周阵列多个所述二级转盘；所述二级转盘转动连接在一级转盘上，二级转盘绕一级转盘的转动中心公转的同时，二级转盘还绕自身的转动中心自转；所述球磨罐沿二级转盘的中心呈圆周阵列，球磨罐与二级转盘转动连接，球磨罐绕二级转盘的转动中心公转的同时，球磨罐还绕自身的转动中心自转。

2.根据权利要求1所述的高通量行星球磨机，其特征在于：所述传动机构包括电机、第一主动齿轮、第一从动齿轮和第一齿圈，第一主动齿轮与一级转盘转动连接，且第一主动齿轮的中心与一级转盘的转动中心重合，第一从动齿轮与一级转盘转动连接并与第一主动齿轮啮合，且二级转盘由第一从动齿轮驱动绕自身的转动中心自转，第一齿圈设于一级转盘外周，且第一齿圈为固定件并与第一从动齿轮啮合。

3.根据权利要求2所述的高通量行星球磨机，其特征在于：所述主动齿轮的转轴上固定有皮带轮，电机通过带传动驱动主动齿轮转动。

4.根据权利要求2所述的高通量行星球磨机，其特征在于：所述一级转盘内设有空腔，第一主动齿轮和第一从动齿轮均设于空腔内。

5.根据权利要求2所述的高通量行星球磨机，其特征在于：所述二级转盘上转动连接有第二主动齿轮和第二从动齿轮，二级转盘的外周设有与一级转盘固定的第二齿圈，第二从动齿轮与第二主动齿轮和第二齿圈均啮合，第二主动齿轮与第一从动齿轮固定，第二从动齿轮与球磨罐固定。

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