JPH04506927A - tension band centrifuge rotor - Google Patents
tension band centrifuge rotorInfo
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- JPH04506927A JPH04506927A JP2511031A JP51103190A JPH04506927A JP H04506927 A JPH04506927 A JP H04506927A JP 2511031 A JP2511031 A JP 2511031A JP 51103190 A JP51103190 A JP 51103190A JP H04506927 A JPH04506927 A JP H04506927A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 発明の名称 張りバンド式遠心機ロータ 発明の背景 発明の分野 本発明は、遠心機ロータのバンドに関するものであり、特に、作動時に張力のみ を受けるようなバンドに関する。[Detailed description of the invention] name of invention tension band centrifuge rotor Background of the invention field of invention The present invention relates to a band for a centrifuge rotor, and in particular to a band that is only under tension during operation. It's about a band that receives a lot of attention.
従来技術の説明 遠心機ロータやエネルギ保存用フライホイールのような回転装置の製造は、アル ミニウムやチタニウムのような均質材料の使用から複合材料の使用へと展開した 。このような材料を使用するということは、遠心荷重を支える能力を高めること ができるという点で有利であると考えられる。荷重支持能力の向上は、複合ロー タの重量が軽くなって一定の原動力ではより速い回転が可能となり、より大きい 相対遠心力を得ることができるために、達成されるのである。Description of prior art The manufacture of rotating equipment such as centrifuge rotors and energy storage flywheels is The use of homogeneous materials such as aluminum and titanium has evolved to the use of composite materials. . Using such materials increases the ability to support centrifugal loads. This is considered to be advantageous in that it can be done. Improved load-bearing capacity is achieved through composite rows. The weight of the motor is reduced, allowing faster rotation for a given driving force, and a larger This is achieved because relative centrifugal force can be obtained.
本発明に関連していると考えられる従来技術の回転装置は、成る種の形態のバン ドを有し、このバンドは静止時には任意の所定形状を有する。しかしながら、こ のようなバンドは、任意の静止時形状から成る種の平衡した回転時形状へ変化す る傾向により、作動中に荷重を受ける。この現象は、以下の簡略化した例から理 解できる。Prior art rotating devices considered relevant to the present invention include several types of The band has an arbitrary predetermined shape when at rest. However, this A band such as Due to its tendency to be exposed to loads during operation. This phenomenon can be explained from the following simplified example. I can understand it.
ここで、静止(すなわち、非回転)状態において円形である遠心機ロータ用の加 荷重受容バンドを考える。また、このバンドが3つの等角度で隔たったサンプル ・キャリヤに対応する3つの加荷重を受けると仮定すると、このロータが回転す るとき、サンプル・キャリヤにかかる遠心力の効果が半径方向外方へ作用する荷 重を加え、バンドを引っ張って「角隅」を形成する傾向がある。加荷重を受けた 部分のほぼ中間のバンド周囲部は、当初の円形から半径方向内方へ撓むことにな る。バンドは成る程度の剛性を持たされているので、回転時に静止時形状から平 衡形状へバンドが撓むということは曲げ応力を生じさせることになる。この曲げ 応力はバンドの荷重支持能力には貢献せず、実際には、ロータ寿命を縮めること になるのでバンドにとって有害である。Here, we consider a bias for a centrifuge rotor that is circular in its resting (i.e., non-rotating) state. Consider a load receiving band. In addition, samples in which this band is separated by three equal angles ・Assuming that the carrier receives three applied loads corresponding to the When the centrifugal force is applied to the sample carrier, the effect of the centrifugal force on the sample carrier It tends to add weight and pull the band to form "corners." subjected to added load The band periphery approximately midway through the section will be deflected radially inward from its original circular shape. Ru. The band has a certain degree of rigidity, so when it rotates it changes from its resting shape to its flat shape. Deflection of the band into a balanced configuration creates bending stresses. this bend Stress does not contribute to the load carrying capacity of the band and may actually reduce rotor life. This is harmful to the band.
上記の観点から、バンドが回転しているときに形状変化に伴う応力にさらされる ことがな(、有害な影響を避けることができる遠心機ロータを得られれば有利と 考えられる。From the above point of view, when the band is rotating it is exposed to stress due to shape change It would be advantageous to have a centrifuge rotor that avoids harmful effects. Conceivable.
発明の要約 本発明は、回転時に、バンドにかかる加荷重をバンドの張力で釣り合わせ、バン ドが張力のみを受けるようにした遠心機ロータの加荷重受容バンドに関する。Summary of the invention The present invention balances the applied load on the band with the tension of the band during rotation. This invention relates to a load-receiving band for a centrifuge rotor in which the band receives only tension.
図面の簡単な説明 本発明は、本願の一部をなす添付図面に関連した以下の詳細な説明からより充分 に理解して貰えよう。添付図面において: 第1図は、本発明による加荷重受容バンドを有する遠心機ロータの概略平面図( サンプル・キャリヤは省略しである)であり、第2図は、第1図のロータの斜視 図である。Brief description of the drawing The present invention will be better understood from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, which form a part of this application. I hope you understand. In the attached drawings: FIG. 1 is a schematic plan view of a centrifuge rotor with a load receiving band according to the invention ( The sample carrier is omitted), and Figure 2 is a perspective view of the rotor in Figure 1. It is a diagram.
第1A図は、第1図の一部の拡大図であり、バンドへのストラットの取り付は状 態を示す図である。Figure 1A is an enlarged view of a portion of Figure 1, showing how the struts are attached to the band. FIG.
第3A図は、本発明による遠心機ロータのためのバンドの一部の自由体ダイアグ ラムであり、バンドの形状を記述する式を導き出すことのできる一定厚さ寸法を 持つ複合材料で作った巻きバンドを用いて加荷重受容バンドを実現する状態を説 明している図であり、第3B図〜第3D図は、付録の導出で用いられる数学関係 を説明する図である。FIG. 3A is a free body diagram of a portion of a band for a centrifuge rotor according to the present invention. ram, and a constant thickness dimension from which an equation can be derived to describe the shape of the band. This paper describes the state in which a load-receiving band is realized using a wound band made of a composite material with Figures 3B to 3D show the mathematical relationships used in the derivation of the appendix. FIG.
第4図および第5図は、それぞれ、本発明による加荷重受容バンドを有する一定 角遠心機ロータを説明する平面図および第4図の5−5線に沿った断面図である 。FIGS. 4 and 5 each show a constant load-bearing band according to the invention. FIG. 4 is a plan view and a sectional view taken along line 5-5 in FIG. 4 for explaining a square centrifuge rotor. .
第6図および第7図は、それぞれ、本発明による加荷重受容バンドを有する垂直 型遠心機ロータを説明する平面図および第6図の7−7線に沿った断面図である 。6 and 7 respectively show a vertical FIG. 6 is a plan view and a sectional view taken along line 7-7 in FIG. 6 for explaining a type centrifuge rotor. .
第6A図は、第6図の一部の拡大図であり、バンドへのサンプル・キャリヤの取 り付は状態および荷重転移パッドの構造を示す図である。Figure 6A is an enlarged view of a portion of Figure 6 showing the sample carrier loading into the band. FIG. 3 is a diagram showing the state and structure of the load transfer pad.
第8図および第9図は、それぞれ、本発明による加荷重受容バンドを有する揺動 バスケット式遠心機ロータを示す平面図および斜視図である。8 and 9 respectively show a rocking device with a load receiving band according to the invention FIG. 1 is a plan view and a perspective view of a basket-type centrifuge rotor.
第10図は、本発明による可変横断面積を有する加荷重受容バンドを示す、第1 図と同様の平面図である。FIG. 10 shows a first load-bearing band with variable cross-sectional area according to the invention; It is a top view similar to the figure.
ここで論議する式の導出を追加説明(第17頁〜第27頁)に記載するが、これ は本願の一部をなすものである。The derivation of the formula discussed here is described in the additional explanation (pages 17 to 27), but this forms part of this application.
発明の詳細な説明 以下の詳細な説明を通じて、同様の参照符号は、図面のすべての図における同様 の構成要素を示す。Detailed description of the invention Throughout the following detailed description, like reference numbers refer to like reference numbers in all figures of the drawings. The components of
第1図および第2図は、それぞれ、本発明による周囲加荷重受容バンド12を有 する遠心機ロータ10の平面図および斜視図である。バンド12は、所定の厚み を持ち、内面12Iと外面12Eを有する。1 and 2 each have a circumferential load receiving band 12 according to the invention. 1 is a plan view and a perspective view of a centrifuge rotor 10. FIG. The band 12 has a predetermined thickness. It has an inner surface 12I and an outer surface 12E.
ロータlOは、中央ハブ14を包含し、この中央ハブは、第2図に概略的に示す ように、適当な原動力源Mに連結することができ、それによって、ロータ10が 回転軸線10Aのまわりに回転できる。中央ハブ14は、複数の半径方向外方に 延びるストラット16を有する。中央ハブおよびストラットは金属で形成しても よいが、複合材料あるいは補強プラスチック材料で作ることが望ましいかも知れ ない。The rotor IO includes a central hub 14, which is shown schematically in FIG. so that the rotor 10 can be connected to a suitable motive force source M, such that the rotor 10 It can rotate around the rotation axis 10A. The central hub 14 has a plurality of radially outwardly It has an extending strut 16. The central hub and struts can be made of metal. Yes, but it may be preferable to use composite or reinforced plastic materials. do not have.
周囲バンド12は、ストラット16に装着され、ハブ14を囲んでいる。バンド 12は、後述するように、任意適当な手段によってストラット16に連結できる 。バンド12は、所定の厚みを持っており、内面12Iと外面12Eを有する。A circumferential band 12 is attached to the struts 16 and surrounds the hub 14. band 12 can be connected to struts 16 by any suitable means, as described below. . The band 12 has a predetermined thickness and has an inner surface 12I and an outer surface 12E.
バンド12は、複数の角度的に隔たった加荷重受容領域18を有する。これらの 領域18は、これから説明するサンプル・キャリヤ(第4〜7図)がバンドI2 に取り付けられる部位あるいは後述する揺動バスケット式サンプル・キャリヤ2 0(第8.9図)がバンド12の内面121と衝合する部位である。分析の目的 のために、バンドに加えられる荷重をそれが作用すると言えるバンド上の単一点 によって分析できるが、実際には加荷重受容領域18がバンド12の周囲まわり に成る所定の有限距離を延びている。Band 12 has a plurality of angularly spaced load receiving areas 18. these In region 18, the sample carrier (FIGS. 4 to 7), which will be explained below, is in band I2. or the rocking basket type sample carrier 2 described later. 0 (FIG. 8.9) is the portion that abuts against the inner surface 121 of the band 12. Purpose of analysis For a single point on the band where it can be said that the load applied to the band acts However, in reality, the applied load receiving area 18 is around the circumference of the band 12. extends a given finite distance consisting of .
隣接の加荷重受容領域18は、軸線10Aに対して直角の平面(すなわち、第1 図の平面)において、ロータ10上のサンプル・キャリヤ20の数に依存して、 所定の角度距離(2θ)隔たっている。この角度(2θ)は、ロータ10上に配 置したサンプル・キャリヤの数Nに関係し、(2θ)(度)は360をNで割っ た商に等しい。The adjacent load-receiving region 18 is located in a plane perpendicular to the axis 10A (i.e., in the first In the plane of the figure), depending on the number of sample carriers 20 on the rotor 10, They are separated by a predetermined angular distance (2θ). This angle (2θ) is (2θ) (degrees) is 360 divided by N. is equal to the quotient.
後述するように、本発明による加荷重受容バンド12は、遠心作用中、張力のみ を受け、バンド寿命を短くする高い応力集中の部位をなくすことができる。As will be described later, the load-receiving band 12 according to the present invention is capable of receiving only tension during centrifugal action. Therefore, it is possible to eliminate areas with high stress concentration that shorten the band life.
加荷重受容バンド12は、複合材料あるいはアルミニウム、チタニウムのような 金属から作ることができる。複合材料で形成したバンドをまず説明する。複合材 料を用いる製作上の経済性について考察したところでは、形成したバンドが一定 の横断面積を有することが必要である。The load receiving band 12 is made of composite material or aluminum or titanium. It can be made from metal. First, a band formed from a composite material will be explained. composite material When considering the economics of fabrication using materials, it was found that the formed band was constant. It is necessary to have a cross-sectional area of .
したがって、以下の説明では、複合材料のバンドはその全周に沿って一定の横断 面積を有する。Therefore, in the following description, a band of composite material has a constant transverse line along its entire circumference. It has an area.
本発明によれば、ロータ10の回転軸線10Aに対して直角な平面において、加 荷重受容バンド12は、破線で示す、隣り合った加荷重受容領域18間に構成さ れた所定の平衡曲線22を有する。この平衡曲線22は、バンドの形の定義とし て、ここで用いる。好ましくは、平衡曲線は、バンド12の厚みの中央を通って 、すなわち、内面121と外面12Eとの中間を通って延びるものとして考える 。しかしながら、平衡曲線22が、バンド12の厚み内の任意の半径方向位置を 通って延びるものとして定義することもできることは了解されたい。平衡曲線2 2は、所定の中心点22Cを有する。好ましくは、ストラット16は、平衡曲線 22の中心点22Cでバンド12に取り付ける。According to the present invention, in a plane perpendicular to the rotational axis 10A of the rotor 10, The load-receiving band 12 is configured between adjacent load-receiving regions 18, indicated by broken lines. has a predetermined equilibrium curve 22. This equilibrium curve 22 defines the shape of the band. is used here. Preferably, the equilibrium curve runs through the middle of the thickness of the band 12. , that is, it is assumed that it extends through the middle between the inner surface 121 and the outer surface 12E. . However, if the equilibrium curve 22 has any radial position within the thickness of the band 12, It should be understood that it can also be defined as extending through. equilibrium curve 2 2 has a predetermined center point 22C. Preferably, the struts 16 have an equilibrium curve. Attach it to the band 12 at the center point 22C of 22.
第1A図の拡大図でわかるように、バンドの内面12Iの所望取り付は点んから 半径方向内方へストラット16の半径方向外面まで延びているのは弾性シート1 7と複合材料の層19である。適当な接着剤層21がバンド12の内面12rと 弾性シート1.7の間、弾性シート17と複合材料の層19の間と、複合材料の 層19とストラット16の間に設けである。弾性シート17は、接着剤層21に おけるひずみを制限するように剪断力を調節するために設けてあり、複合材料層 19は横方向における応力を除去するために設けである。接着しようとしている 材料に適合する任意適当な接着剤を使用できる。As can be seen in the enlarged view of Figure 1A, the desired attachment of the inner surface 12I of the band is not possible. Extending radially inwardly to the radially outer surface of the struts 16 is an elastic sheet 1. 7 and a layer 19 of composite material. A suitable adhesive layer 21 is attached to the inner surface 12r of the band 12. between the elastic sheets 1.7, between the elastic sheet 17 and the layer of composite material 19; It is provided between the layer 19 and the strut 16. The elastic sheet 17 is attached to the adhesive layer 21. provided to adjust the shear forces to limit the strain in the composite material layer. 19 is provided to remove stress in the lateral direction. trying to glue Any suitable adhesive compatible with the material can be used.
平衡曲線22上の各点は、第1図の平面および第3図の自由体ダイアダラムにお いて、軸線10Aから所定の半径方向短MRのところに位置する。軸線1.OA から中間点22Cまでの距離は、参照符号R,で示してあり、軸線10Aから加 荷重受容領域までの距離は参照符号RLで示しである。隣り合った加荷重受容領 域18L−1と18L−2が角度距離(2θ)隔たっているので、半径R8と半 径RLの角度距離は角θで示される。バンド12がそれをハブ14に取りつけて いるストラット16から外れ、かつ、バンド12が静止しているとき、中間点2 2Cから加荷重受容領域18L−1,18L−2のうちのいずれか一方に隣接し た点までの平衡曲線22は次の関係で定義される。すなわち、d(R/Ro)/ dθ−(R/RO)”RAD(1−(K/2[(R/RO)2−1]1)”−( R/R,) (1)K=CCr (IJ ”ROす(1/g)(1/σ、)] (2)ここで、Roは、平衡曲線22上で軸線10Aから2つの隣り合った加荷 重受容領域18L−1,18L−2間の中間点22Cまでの距離であり、Kは、 ゼロより大きく、1より小さい値を持つバンドの曲率乗数(形状因数)であり、 すなわち、0<K<1である。Each point on the equilibrium curve 22 lies in the plane of FIG. 1 and in the free-body diaphragm of FIG. and is located at a predetermined radial short distance MR from the axis 10A. Axis line 1. OA The distance from the axis 10A to the intermediate point 22C is indicated by reference symbol The distance to the load-receiving area is indicated by the reference RL. Adjacent load receiving areas Since areas 18L-1 and 18L-2 are separated by an angular distance (2θ), the radius R8 and half The angular distance of the radius RL is indicated by the angle θ. Band 12 attaches it to hub 14 When the band 12 is removed from the strut 16 and the band 12 is stationary, the intermediate point 2 2C adjacent to either one of the load receiving areas 18L-1 and 18L-2. The equilibrium curve 22 up to the point is defined by the following relationship. That is, d(R/Ro)/ dθ-(R/RO)"RAD(1-(K/2[(R/RO)2-1]1)"-( R/R,) (1) K=CCr (IJ"ROsu(1/g)(1/σ,)] (2) Here, Ro is two adjacent loads from the axis 10A on the equilibrium curve 22. It is the distance to the midpoint 22C between the heavy receptor areas 18L-1 and 18L-2, and K is: is the curvature multiplier (shape factor) of the band with a value greater than zero and less than 1, That is, 0<K<1.
ここで、r RADJなる記号が、本願を通じて(付録を含めて)、平方根の計 算を示す根号として用いることは了解されたい。Here, the symbol r RADJ is used throughout this application (including the appendix) to calculate the square root. Please understand that it is used as a radical sign indicating calculation.
式(1)、(2)の導出は、本願に添付し、その一部をなす付録に記載しである 。The derivation of formulas (1) and (2) is described in the appendix attached to this application and forming a part thereof. .
定数には、微分方程式(1)を満足する方程式群の各々についての形状係数Kを 定める。バンドを回転時に張力にのみさらそうとしているので、形状係数には0 くKく1の範囲内に制限しなければならない。もしKがこの限界の外にある場合 には、平衡状態を得るのは不可能である。Kについての限界の物理的な説明は、 本発明によるバンドによって達成することのできる荷重の範囲を考察すれば理解 できる。The constant is the shape factor K for each equation group that satisfies the differential equation (1). stipulate. Since we are only going to expose the band to tension during rotation, the shape factor is 0. must be limited to within a range of 1. If K is outside this limit It is impossible to obtain an equilibrium state. The physical explanation of the limit for K is It will be understood if we consider the range of loads that can be achieved with the band according to the invention. can.
第3D図でわかるように、微分方程式(1)は一群の平衡曲線を定める。形状係 数に=1である場合、平衡曲線は円の形を採る。しかしながら、平衡曲線につい ての円形は、このような平衡曲線を持つバンドがそれに加えられる荷重を支える のに貢献するバンド張力成分をまったく持たないことを意味する。回転時に張力 のみを受けるバンドは、ゼロ荷重に順応できることになるが、これは非実際的な 結果である。したがって、荷重を支えるには、円形のバンドは必ず曲げを与えな ければならない。As can be seen in Figure 3D, differential equation (1) defines a family of equilibrium curves. shape person If the number = 1, the equilibrium curve takes the shape of a circle. However, for the equilibrium curve A circle with such an equilibrium curve supports a load applied to it. This means that there is no band tension component that contributes to the Tension when rotating A band subjected to only This is the result. Therefore, a circular band must be bent to support the load. Must be.
形状係数に=0の場合、平衡曲線は直線の形を採る。When the shape factor = 0, the equilibrium curve takes the form of a straight line.
この場合、このような平衡曲線を持つバンドは、バンドの質量に加えられる遠心 力を支持するのに貢献することのできるバンド張力成分をまったく持たない。し たがって、直線の形をした平衡曲線を持ち、回転時張力のみを受けるバンドは質 量ゼロでなければならず、これは明らかに不合理である。In this case, a band with such an equilibrium curve will have a centrifugal force added to the mass of the band. It has no band tension component that can contribute to supporting forces. death Therefore, a band that has an equilibrium curve in the form of a straight line and is only subjected to tension during rotation has a high quality. The quantity must be zero, which is clearly unreasonable.
したがって、本発明による、回転時張力のみを受けるバンドは、必ず、形状係数 KがO<K<1の範囲内にある平衡曲線を持たなければならない。Therefore, the band according to the present invention subjected only to tension during rotation necessarily has a shape factor of It must have an equilibrium curve where K is in the range O<K<1.
本発明による任意のバンドの平衡曲線(すなわち、回転時張力のみを受けるバン ド)は、バンド・セグメントの中間点と、式(1)によって定義される平衡曲線 群のうちの1つに密接に一致する加荷重受容領域に隣接したバンド上の1点との 間に平衡曲線を持つことになる。ここで再び、加荷重受容領域18が成る種の有 限な範囲を持つため、実際のバンドの形状はその加荷重受容領域18における平 衡曲線からずれるが、それでも、まだ、本発明の意図した範囲内に留まることは 了解されたい。Equilibrium curve for any band according to the invention (i.e., a band subjected only to tension during rotation) ) is the midpoint of the band segment and the equilibrium curve defined by Eq. with a point on the band adjacent to the load-receiving area that closely corresponds to one of the groups. There will be an equilibrium curve in between. Here again, the species of which the load receiving area 18 is made Since the band has a limited range, the actual shape of the band is determined by its flatness in the load receiving area 18. It is possible to deviate from the equilibrium curve but still remain within the intended scope of the invention. I want to be understood.
さらに、中間点と加荷重受容領域に隣接した点の間のバンド部分が、式(1)、 (2)によって与えられる平衡曲線の数学的定義からもずれるが、それでもなお 、本発明の意図した範囲内に留まることは了解されたい。この目的のために、平 衡曲線22は、各θ値についての中立あるいは基準半径方向距離R,を定義する 基準曲線として見ることができる。バンドの実際の半径方向距離Rが平衡曲線2 2についての式によって定義される中立半径方向距離R,に近似するかぎり、こ のバンドは本発明の意図範囲内に位置するものとして解釈すべきである。したが って、実際のバンドにおける半径方向距離は、点毎に式の平衡曲線に一致する必 要はなく、バンドが全体として回転時に張力のみを受けるかぎり、本発明の意図 範囲内にあると解釈すべきである。Furthermore, the band portion between the intermediate point and the point adjacent to the applied load receiving area is expressed by the formula (1), Although it also deviates from the mathematical definition of the equilibrium curve given by (2), it is still , while remaining within the intended scope of the invention. For this purpose, flat The equilibrium curve 22 defines a neutral or reference radial distance R, for each value of θ. It can be seen as a reference curve. The actual radial distance R of the band is the equilibrium curve 2 As long as this approximates the neutral radial distance R, defined by the expression for should be construed as falling within the contemplation of the present invention. However, Therefore, the actual radial distance in the band must match the equilibrium curve of Eq. This is not necessary, and as long as the band as a whole is only subjected to tension during rotation, it is within the scope of the present invention. It should be interpreted as within the range.
最適性能はバンドの形状が平衡曲線に合致し、したがって、曲げモーメントで生 じる応力がゼロに等しいときに得られるが、曲げモーメントから生じる若干の応 力は最適性能よりも落ちる性能を持つように遠心機ロータを設計するときに許容 され得ると認められる。その結果、平衡曲線に近似するバンドであれば、本発明 の意図範囲内にあると解釈されるべきである。Optimal performance is achieved when the shape of the band matches the equilibrium curve and therefore the bending moment obtained when the bending stress is equal to zero, but some stress resulting from the bending moment force is acceptable when designing a centrifuge rotor to have performance that falls below optimal performance. It is recognized that it can be done. As a result, if the band approximates the equilibrium curve, the present invention should be construed as within the intended scope.
実際のロータにおいてバンドの平衡曲線を決めるには、まず、バンドをストラッ トから外す。実際のバンドの輪郭を次にプロットする。バンドが回転時に張力の みにさらされる場合、バンドの平衡曲線は第3D図に示す平衡曲線群のうちの1 つに緊密に一致することになる。すなわち、実際のロータからのバンドの平衡曲 線は、R,とRoの間の範囲内の曲線群のうちの1つとなるか、あるいは、平衡 曲線群のうちの1つの平衡曲線の所定範囲内にあることになる。To determine the band equilibrium curve for an actual rotor, first the band is Remove it from the The actual band contours are then plotted. of tension when the band rotates. When exposed to will match closely. i.e. the band equilibrium song from the real rotor The line will be one of a family of curves in the range between R, and Ro, or the line will be in equilibrium It will be within a predetermined range of the equilibrium curve of one of the curves.
このようなバンドが張力のみを受けることを確かめるために、脆性ラッカー・テ ストを実施するとよい(これは、好ましくは、上述したように、ロータをストラ ットから分解する前に行う)。脆性ラッカー・テストは、Rchard C,D ove、 Paul H,Adams共著、”ExpertmentalStr ess Analysis and Motion Measurement’ (オハイオ州コロンバス市、Charles E、 Merril Book s、 Inc、 1964年発刊)に記載されている。バンドが張力のみを受け ることを確認する他のテストも実施し得る。このテストでは、バンドの半径方向 内外面にひずみゲージを取り付ける。To make sure that such a band is only subjected to tension, apply a brittle lacquer tape. Strapping the rotor (preferably as described above) before disassembling from the kit). Brittle lacquer test Richard C,D ove, Paul H. Adams, “Expertmental Str. Ess Analysis and Motion Measurement’ (Charles E, Merrill Book, Columbus, Ohio) s, Inc., published in 1964). The band only receives tension Other tests may also be performed to confirm that In this test, the radial direction of the band Attach strain gauges to the inner and outer surfaces.
式(1)、(2)の平衡曲線22を満たす形状を有するバンド12は、回転時に 張力のみを受ける。バンド12の形状は、それが加速しているときあるいは成る 速度で回転しているときには、変化することがない。しかしながら、遠心力効果 により、バンド12は外方へ膨らみ、そして、バンドニ取り付けたサンプル・キ ャリヤ20は半径方向外方へ変位することになる。しかしながら、バンド12に 加わる荷重(それ自体の重量とサンプル・キャリヤの重量)は、バンド内の張力 によって釣り合わされることになる。こうして、バンドはなんら曲げ応力を受け ないことになる。When the band 12 has a shape that satisfies the equilibrium curve 22 of equations (1) and (2), Receives only tension. The shape of band 12 changes when it is accelerating or becomes When it is rotating at speed, it does not change. However, the centrifugal effect As a result, the band 12 bulges outward, and the sample key attached to the band 12 bulges outward. The carrier 20 will be displaced radially outward. However, in band 12 The applied load (its own weight plus the weight of the sample carrier) is the tension in the band. It will be balanced by. The band is thus subjected to no bending stress. There will be no.
バンド12が複合材料で作られる場合に、好ましい材料は、ポリエステルケトン ケトン(PEKK)のマトリックスによって囲まれた複数の一軸繊維からなるテ ープである。If band 12 is made of a composite material, the preferred material is polyester ketone. A tissue consisting of multiple uniaxial fibers surrounded by a matrix of ketones (PEKK). It is a loop.
この繊維は、好ましくは、登録商標r KEVLARJでE、 1. DuPa nt de Ne1ours and Companyが製造、販売しているよ うなアラミド繊維である。バンド12は、平衡曲線22に対応する所定形状を有 するマンドレル上にトウまたはテープのいずれかを用いてフィラメント巻きによ って形成される。テープがマンドレル上に巻き付けられたとき、こうしてできた バンドは平衡曲線の形状が与えられる。こうして形成されたバンド12は、はぼ 一定の半径方向または厚さ寸法を有する。ここでもまた、一定の横断面を有する バンドが均質な材料、たとえば、チタニウムまたはアルミニウムでも形成できる ことは了解されたい。This fiber preferably has the registered trademark RKEVLARJ. DuPa Manufactured and sold by Ne1ours and Company. It is an aramid fiber. Band 12 has a predetermined shape corresponding to equilibrium curve 22. Wind the filament using either tow or tape onto the mandrel It is formed. When the tape was wound onto a mandrel, it formed The band is given the shape of an equilibrium curve. The band 12 thus formed is approximately having a constant radial or thickness dimension. Again, with a constant cross section The band can also be formed from homogeneous materials, for example titanium or aluminum I hope you understand that.
ストラッ(・16は、好ましくは、平衡曲線22に沿った中間点22Cのところ でバンド12の内面121に取り付けられる。実際には、ストラット16はバン ドに軽く予荷重を与え、バンド12とストラット16の半径方向剛性の変化を吸 収するようにしてもよい。この予荷重は、バンドの、ストラットに取り付けた形 状を平衡曲線に対応する形状から変形させ得る。しかしながら、予荷重による変 形は弾性変形である。したがって、明らかに、バンドラストラットから外したと きの静止時形状が上述したように式(1)、(2)に示される関係に合致1し、 したがって、本発明の範囲内にあることは了解されたい。予荷重により、ストラ ットに組み立て、静止しているとき、バンドはストラットに最初の所定圧縮(す なわち、半径方向内方の)力を加える。しかしながら、バンドが回転すると、バ ンドは遠心力により膨張し、ストラットに所定のより小さい圧縮力を加える。The strut (.16) is preferably located at an intermediate point 22C along the equilibrium curve 22. and is attached to the inner surface 121 of the band 12. In reality, strut 16 is A slight preload is applied to the strut to absorb changes in the radial stiffness of the band 12 and strut 16. It may also be possible to This preload is applied to the strut-mounted form of the band. The shape may be deformed from the shape corresponding to the equilibrium curve. However, the change due to preload The shape is an elastic deformation. So obviously, if you remove it from the Bandura strut As mentioned above, the shape at rest matches the relationship shown in equations (1) and (2), Therefore, it should be understood that it is within the scope of the present invention. The preload allows the strut to When assembled into a strut and at rest, the band is attached to the strut at an initial predetermined compression (all i.e., applying a radially inward) force. However, when the band rotates, The strut expands due to centrifugal force and exerts a predetermined smaller compressive force on the strut.
ここで、曲げ応力がゼロに等シートきにのみ平衡曲線22が得られるということ は了解されたい。使用時、ストラットに対してバンドが成る程度予荷重を与えて 、ロータ回転時に半径方向剛性の差およびそれに伴う変形量の差を補正すること は有利である。設計によれば、この場合、ロータが設計速度に達し、設計荷重を 受けるときにのみ平衡形状が得られることになる。ゼロ速度では、予荷重による 曲げ応力は最大である。ロータが速度を高めるにつれて、予荷重によって生じた 曲げ応力が減少し、荷重によって生じる応力が増大する。ロータが設計速度に達 すると、予荷重で生じる曲げ応力がゼロとなり、バンドは荷重により全体的に張 力を受けることになる。この時点で、バンドは平衡曲線を得る。Here, the equilibrium curve 22 can be obtained only when the bending stress is equal to zero. I hope you understand. When in use, apply a preload to the strut to form a band. , to compensate for the difference in radial stiffness and the resulting difference in deformation when the rotor rotates. is advantageous. According to the design, in this case the rotor reaches the design speed and carries the design load. An equilibrium shape will be obtained only when the At zero speed, due to preload Bending stress is maximum. As the rotor increases speed, the preload causes The bending stress decreases and the stress caused by the load increases. rotor reaches design speed Then, the bending stress caused by the preload becomes zero, and the band is fully stretched by the load. You will receive power. At this point the band obtains an equilibrium curve.
前述のバンド12は、平衡曲線に沿ったほぼ均一な横断面積を有する。しかしな がら、材料の使用効率の観点からは、バンドがその周囲に沿って一定の応力(一 定の横断面と異なる)を有することが望ましいかも知れない。Said band 12 has a substantially uniform cross-sectional area along the equilibrium curve. However However, from the point of view of material usage efficiency, it is important that the band has a constant stress along its circumference. It may be desirable to have a specific cross-section).
第10図に示す別の実施例によれば、それは本発明の意図範囲に入って下り、バ ンド12は平衡曲線に沿って可変横断面積を持ちながらも一定の応力を持つこと ができる。According to another embodiment shown in FIG. 10, it falls within the scope of the invention and the barrier 12 has a variable cross-sectional area along the equilibrium curve but a constant stress. Can be done.
この実施例では、追加説明から明らかなように、平衡曲線は次の式に相当する。In this example, the equilibrium curve corresponds to the following equation, as will be clear from the additional explanation.
d(R/L)dθ=(R/Ro)RAD[(R/Ro)”](expf−KE( R/Ro)2−Ill−1) (1人)K=r(γω2R,’) (1,/gX 1/σ、)] (2A)(A/A0)−exp−(−(K/2)[(R/R6) ”(]l (3A)ここで、AOは半径Roでのバンドの横断面積であろつ式I A、2Aの関係に相当するバンドは、数値制御式フライス削りのような任意適当 な方法によってチタニウムあるいはアルミニウムのような均質材料から作ること ができる。2ここで、本発明のこの別の実施例によるバンドは複合材料から作れ ることは了解されたい。d(R/L)dθ=(R/Ro)RAD[(R/Ro)''](expf-KE( R/Ro)2-Ill-1) (1 person) K=r(γω2R,') (1,/gX 1/σ, )] (2A) (A/A0)-exp-(-(K/2) [(R/R6) ”(]l (3A)where AO is the cross-sectional area of the band at radius Ro.Equation I The band corresponding to the relationship A, 2A can be formed by any suitable method such as numerically controlled milling. made from a homogeneous material such as titanium or aluminum by a method Can be done. 2 Here, the band according to this alternative embodiment of the invention can be made from a composite material. Please understand that.
本発明によるバ)・ド12は、複合材料あるいは均質材料で作るかどうかに従っ て、第4〜9図から明らかなように、種々の遠心機ロータのうちのいずれかで使 用できる。The band 12 according to the invention is made according to whether it is made of composite or homogeneous material. As can be seen from Figures 4 to 9, the Can be used.
第4.5図は、本発明によるバンドエ2を有するロータ10の平面図、垂直断面 図であり、ここでは、サンプル・キャリヤ30は一定角度の遠心機ロータを構成 するような構成となっている。この例では、サンプル・キャリヤ30の各々は、 加荷重受容領域18のところでバンドに直接取り付けてあり、それによって支持 されている。サンプル・キャリヤ30は、加荷重受容領域18のところでバンド 12に取り付けた荷重転移バッド32に装着しである。第4.5図でわかるよう に、サンプル・キャリヤ30は、サンプル・コンテナ収容空所6を有する。この ような空所36が2つ図示しであるが、任意便利な数の空所36がキャリヤ30 として形成できることは了解されたい。第4.5図の実施例では、各空所36の 軸線36Aは、回転軸線10Aに関して傾いている。あるいは、第6図において 、各空所36の軸線36Aは回転軸線10Aに対して平行であり、垂直型のロー タはこうして構成しである。FIG. 4.5 shows a top view, vertical section, of a rotor 10 with a bandeye 2 according to the invention. 2, where the sample carrier 30 constitutes a constant angle centrifuge rotor. It is configured to do so. In this example, each of the sample carriers 30 is It is attached directly to the band at the load receiving area 18, thereby providing support. has been done. The sample carrier 30 is attached to the band at the load receiving area 18. It is attached to a load transfer pad 32 attached to 12. As can be seen in Figure 4.5 The sample carrier 30 has a sample container receiving cavity 6 . this Although two such cavities 36 are shown, any convenient number of cavities 36 may be included in the carrier 30. Please understand that it can be formed as In the embodiment of FIG. 4.5, each void 36 Axis 36A is inclined with respect to rotation axis 10A. Or, in Figure 6 , the axis 36A of each cavity 36 is parallel to the axis of rotation 10A, and the axis 36A of each cavity 36 is parallel to the axis of rotation 10A, This is how the data is structured.
第4図から第7図において、サンプル・キャリヤ30は成形プラスチック材料で 作っである。これらの図(ならびに第8.9図)において、荷重転移バッド32 は、ポリウレタンのような成形弾性材料で形成されている。第6A図でわかるよ うに、バッド32は、接着剤層35を用いてバンド12の内面12Iに取り付け である。複合材料の部材33は、別の接着剤層35によってバッド32の半径方 向内面に取り灼けである。複合材料の部材33の半径方向内面は平坦であるが、 バッド32の半径方向外面は、このバッドが取り付けである加荷重受容領域18 におけるバンド12の内面121に一致した形状である。サンプル・キャリヤ3 ゜は、811の接着剤層35を用いて部材33に取り付けることができ、あるい は、サンプル・キャリヤ30はハブ16とS材33の間に入れ子にすることもで きる。In Figures 4 to 7, the sample carrier 30 is a molded plastic material. It's made. In these figures (as well as in Figure 8.9), the load transfer pad 32 is made of a molded elastic material such as polyurethane. You can see it in Figure 6A. The pad 32 is attached to the inner surface 12I of the band 12 using the adhesive layer 35. It is. The composite member 33 is secured radially to the pad 32 by another adhesive layer 35. It's a burning feeling inside. The radially inner surface of the composite member 33 is flat; The radially outer surface of the pad 32 has a load receiving area 18 to which the pad is attached. The shape corresponds to the inner surface 121 of the band 12 in FIG. Sample carrier 3 ° can be attached to the member 33 using the adhesive layer 35 of 811, or The sample carrier 30 can also be nested between the hub 16 and the S material 33. Wear.
またさらに別の実施例として、第8.9図でわかるように、サンプル・キャリヤ 30を揺動式としてもよい。この目的のために、サンプル・キャリヤ30は、ハ ブI4に枢着され、遠心作用中、空所36の軸線36Aは、第1のほぼ垂直の位 置から第2の位置へ移動する。第2位置において、各空所36の軸線36Aは、 回転軸線10Aに対してほぼ直角な平面内に位置する。さらに、手段38が設け てあり、サンプル・キャリヤ30の端がバンド12上の加荷重受容領域18内に 設置されたバッド32に対する支持位置へ半径方向外方へ移動する。In yet another embodiment, as can be seen in Figure 8.9, the sample carrier 30 may be of a swinging type. For this purpose, the sample carrier 30 is During centrifugation, the axis 36A of the cavity 36 is in a first substantially vertical position. from one position to a second position. In the second position, the axis 36A of each cavity 36 is It is located in a plane substantially perpendicular to the rotation axis 10A. Furthermore, means 38 are provided. so that the end of the sample carrier 30 is within the load receiving area 18 on the band 12. Move radially outward to a supporting position relative to the installed pad 32.
サンプル・キャリヤ30の、ハブ14に対する枢着は、種々の方法で行われ得る 。第8.9図に示す実施例では、ハブ14は、角度的に隔たった半径方向のアー ム38A、38Bを備えている。各アーム38A、 38Bは、サンプル・キャ リヤ30に配置したトラニオン・ビン42を受け入れるようになっているスロッ ト40を有する。もちろん、アーム38A、38Bは、それぞれ、キャリヤ30 内に収容されたトラニオン・ビンを支持し得る。Pivoting the sample carrier 30 to the hub 14 can be done in a variety of ways. . In the embodiment shown in Figure 8.9, the hub 14 has angularly spaced radial arcs. 38A and 38B. Each arm 38A, 38B has a sample carrier. A slot adapted to receive a trunnion bin 42 located in the rear 30. 40. Of course, the arms 38A and 38B are connected to the carrier 30, respectively. may support a trunnion bin housed within.
上述したような本発明の教示の利益を享受できる当業者であれば、数多の変更を なし得る。しかしながら、このような変更は添付請求の範囲によって定義される ような本発明の意図範囲内にある。Numerous modifications will occur to those skilled in the art having the benefit of the teachings of the invention as described above. It can be done. However, such modifications are defined by the appended claims. It is within the intended scope of the present invention.
追加説明 第31ffの自由体ダイアグラムを参照すれば、バンド12の平衡曲線、したが って、その形状のついてのセットになった式1.2.1.A、2Aおよび3Aの 導出が理解できる。第3A図において、ここには、バンドI2の、平衡曲線22 の中間点22Cと所定端点22L−2の間の部分が示しである。ここには、デカ ルト座標系と極座標系の基準軸線も示しである。この導出において、端点22L −2は、加荷重受容領域18−2(第1図)でバンド12上にあり、加荷重受容 領域は、加荷重が作用することのできる点として示しである。実際のバンドでは 、加荷重受容領域は、バンド上で、成る有限の距離にわたって延びている。それ ぞれの点で、バンドの半径は、それぞれ、符号R,,R,で示しである。任意の 半径Rと半径R8の角度距離は、角θで示しである。第3A図に示していない、 平衡曲線22の中間点22Cと端点22L−1の間の平衡曲線22の部分は、第 3A図に示す平衡曲線の部分に対して対称的である。Additional explanation Referring to the 31st ff free-body diagram, the equilibrium curve of band 12, Therefore, the set of equations 1.2.1. A, 2A and 3A I can understand the derivation. In FIG. 3A, there is shown an equilibrium curve 22 of band I2. The portion between the intermediate point 22C and the predetermined end point 22L-2 is shown. Here is a big The reference axes of the root coordinate system and the polar coordinate system are also shown. In this derivation, the end point 22L -2 is on the band 12 in the applied load receiving area 18-2 (FIG. 1), and The regions are shown as points on which applied loads can act. in the actual band , the load-receiving region extends over a finite distance on the band. that At each point, the radius of the band is denoted R,,R,, respectively. any The angular distance between radius R and radius R8 is indicated by angle θ. Not shown in Figure 3A, The portion of the equilibrium curve 22 between the midpoint 22C and the end point 22L-1 of the equilibrium curve 22 is It is symmetrical to the part of the equilibrium curve shown in Figure 3A.
自由体ダイアグラムは、バンド12が回転しているとき、バンド12に作用する 力を示している。本発明によれば、バンド12は、静止時も回転時も同じ形状で ある。バンドの形状は、それが回転しているとき、張力のみを受けるようなもの となっている。あるいは、回転時、バンドの張力は、バンドの質量ならびに加荷 重受容領域でバンドに作用する荷重によりバンドに作用する遠心力と釣り合う。The free body diagram acts on band 12 as it rotates. It shows power. According to the invention, the band 12 has the same shape both when stationary and when rotating. be. The shape of the band is such that it only experiences tension when it is rotating It becomes. Alternatively, when rotating, the tension in the band is determined by the mass of the band as well as the applied load. The centrifugal force acting on the band is balanced by the load acting on the band in the weight receiving area.
自由体ダイアダラムでわかるように、バンドのセグメントの各端には張力がかか っている。これらの張力は、それぞれ、符号T。、Tで示しである。これは中間 点22C1端点22L−1でのバンド内の張力を表わしている。As seen in a free-body diadem, each end of a segment of the band is under tension. ing. These tensions are each labeled T. , denoted by T. this is intermediate It represents the tension within the band at point 22C1 and end point 22L-1.
バンドに作用するここに示した張力の大きさは、本来、サンプルおよびサンプル ・キャリヤの重量によりバンドにかかる荷重を含む。バンドの質量中心に作用す る遠心力は符号Fで示しである。The magnitude of the tension shown here acting on the band is originally ・Includes the load on the band due to the weight of the carrier. Acting on the center of mass of the band The centrifugal force caused by this is indicated by the symbol F.
X方向においてカを合算し、その後、微分すると、次の通り。Adding up the force in the X direction and then differentiating it gives the following.
dF、=−dT、 (^) 同様に、y方向において力を合算し、その後、微分すると、次の通り。dF, =-dT, (^) Similarly, by summing the forces in the y direction and then differentiating them, we get:
d F 、= d T 、 (B) 第3B、30図かられかるように、バンドの微分セグメントdsの質量がdIl であり、その横断面積が八であり、その角速度がω、密度がγである場合、バン ドの微分セグメントに作用する微分遠心力dFは、次のように表わすことができ る。d F, = d T, (B) As can be seen from Figures 3B and 30, the mass of the differential segment ds of the band is dIl , its cross-sectional area is 8, its angular velocity is ω, and its density is γ, then the band The differential centrifugal force dF acting on the differential segment of Ru.
dF=Rω! 6膳 (C) 微分質量d■に式(γ ^ds)(1/g)を代入すると、式(C)は、 dF= (y^ωす(1/g) (Rds) (D)となる。dF=Rω! 6 meals (C) Substituting the formula (γ ^ds)(1/g) for the differential mass d■, the formula (C) becomes dF=(y^ωs(1/g)(Rds)(D).
第3C図から、類似した三角形が生じる。From Figure 3C, a similar triangle arises.
dF/dF、=R/x; dF/dF、=R/。dF/dF, =R/x; dF/dF, =R/.
および (E) dF、=dF(x/R): dF、=dF(y/R)式(D)、(E)から、d Fの成分は、dF、=(7A (IJ”) (1/g)−ds (F)dFy = (7^ω”) (1/g)、 ds (G)式(A)および(F)から dT、/ds=−(7A (IJす(1/g)、 (IT)そして、式(B)、 (G)から dTy/ds= (γA ω”) (1/g)y (I)第3A図の自由体ダイ アグラムから ”r” =Ty”+T% 微分し、2で割ると、 T dT=T、 dT、 + T、 dT。and (E) dF, = dF(x/R): dF, = dF(y/R) From formulas (D) and (E), d The component of F is dF, = (7A (IJ”) (1/g) - ds (F) dFy = (7^ω”) (1/g), ds (G) From formulas (A) and (F) dT, /ds=-(7A (IJS(1/g), (IT) and formula (B), From (G) dTy/ds = (γA ω”) (1/g)y (I) Free-body die in Figure 3A from agram "r" = Ty" + T% Differentiating and dividing by 2 gives us T dT=T, dT, +T, dT.
TdT=Tヨ[(T、/T工)dT、 + dT、] (IJベクトルds、 Tは、共に、同じ方向(バンドのセグメントの端面に対して直角な方向)を持つ ので、第3A図において同様の三角形が生じる。TdT=Tyo[(T, /Twork)dT, + dT,] (IJ vector ds, T both have the same direction (perpendicular to the end face of the band segment) Therefore, a similar triangle occurs in FIG. 3A.
(T、/T、)=−(dy/dx); T、=T(dx/ds) (K)式(K )を式(J)に代入すると、 TdT=T(dx/ds)[−(dy/dx)dT、+dT、] (L)式(L )を簡略化すると、 dT= −(dT、/ ds)dy+ (dT、/ ds)dx (1)式(H )、(I)から dT=−[(y ^(JJ ”)(1/g)y]dy+−[(y^(IJ ”) (1/g)x]dx(N) そして、 dt= −(r ^(IJ ”)(1/g)(y dy+x dx) (0)バ ンドが一定の横断面であると仮定し、限界T。−Tにわたって式(0)を積分す ると、 T−To= −(7A ω”)(1/2g)(y”−Ro”+x”) (P)第 3C図から、(y!+ xり= R2であることに注目すると、式(P)は、 T To= −(7^ω”)(1/2g)(R2−Ro2) (Q)となり、式 (Q)からRo”を因数分解し、並べ換えると、T=To−[:(γA ω”) (1/2g)IRo”[(R/R0)”−11(R)式(R)をT、で割り、一 定の横断面のバンドと仮定したことを思い出し、応力が単位面積あたり張力であ る(すなわち、σ。=T0/^0)ことに注目すると、式(R)は、T/To= 1−[(7ω”Ro”)(1/2g)(1/σo)] [(R/Ro) ” −11(S) そして、 T/T、=1−(K/2[(ll/R,)2−111 (T)ここで、 K=[(γω2Ro”)(1/g)(1,/σo)] (2)である。(T, /T,)=-(dy/dx); T,=T(dx/ds) (K) Formula (K ) into equation (J), we get TdT=T(dx/ds) [-(dy/dx)dT, +dT,] (L) Formula (L ), we get dT=-(dT,/ds)dy+(dT,/ds)dx (1) Formula (H ), from (I) dT=-[(y^(JJ")(1/g)y]dy+-[(y^(IJ") (1/g)x]dx(N) and, dt = - (r ^ (IJ)”) (1/g) (y dy + x dx) (0) Assuming that the field is of constant cross section, the limit T. - Integrate equation (0) over T Then, T-To=-(7A ω") (1/2g) (y"-Ro"+x") (P)th From Figure 3C, noting that (y!+xri=R2), formula (P) is TTo=−(7^ω”)(1/2g)(R2−Ro2)(Q), and the formula Factorizing and rearranging Ro” from (Q), T=To−[:(γA ω”) (1/2g)IRo"[(R/R0)"-11(R) Divide the formula (R) by T, Recalling that we assumed a band of constant cross-section, we can calculate that the stress is the tension per unit area. (i.e., σ.=T0/^0), equation (R) becomes T/To= 1-[(7ω”Ro”) (1/2g) (1/σo)] [(R/Ro)” -11(S) and, T/T, = 1-(K/2[(ll/R,)2-111 (T) where, K=[(γω2Ro”)(1/g)(1,/σo)] (2).
第3A図の自由体ダイアグラムから、原点まわりのモーメントを合算すると、 T、 Ro =T、 R(U) To/ 1′、= L、、/ R(V)第3A図において、べくとるTのカニ角 形は、TR2+Tn2=T” 並べ換えてT。2で割ると、 (TIl/T、) ’ = (T/TO) 2− (T#/T、)) ” (W )弐(J)、(T)を式(1)に代入すると、(TR/T、)”= (1−[K /2[(R/R,)2−111 )”−(Ro/R)2そして、 (T*/To)= RAD(1−fK/2[(R/Ll)2−1]1 )”−( Ro/R)2(X) 式(X)の右辺にR/l?oを掛け、左辺に(T、/T#) [式(y)からR /Roに等しい]を掛+jると、(T、、t/T、 )= (R/Ro)RAD (1−(K/2 [(R/R,、) 2−111 ) 2− (17,/R) ”(Y) ベクトルRdθおよびベクトルdRがそれぞれベクトルT#、TRと同じ方向に 延びているので、同様の三角形が生じる。From the free-body diagram in Figure 3A, if we add up the moments around the origin, we get T, Ro = T, R(U) To / 1', = L, , / R (V) In Figure 3A, the crab angle of T to be taken The shape is TR2+Tn2=T” Rearrange T. Dividing by 2 gives us (TIl/T,)’ = (T/TO) 2- (T#/T,))” (W )2(J), (T) into equation (1), (TR/T,)”=(1-[K /2 [(R/R,)2-111 )”-(Ro/R)2 and, (T*/To)= RAD(1-fK/2[(R/Ll)2-1]1 )”-( Ro/R)2(X) R/l on the right side of equation (X)? Multiply by o and add (T, /T#) to the left side [from formula (y) to R /Ro] multiplied by +j, (T,,t/T,)=(R/Ro)RAD (1-(K/2 [(R/R,,) 2-111) 2- (17,/R) ”(Y) Vector Rdθ and vector dR are in the same direction as vectors T# and TR, respectively. As it extends, similar triangles result.
TIl/T、=dR/Rde (Z) 式(Z)の分子、分母に(1/Ro)を掛けると、T、/T、 : d(R/R o)/ [(R/R,)dθ] (^^)簡略化すると、 (R/l?o) (TR/T#) = d(R/RO)/d e (BB)した がって、一定面積を有するバンドの場合、式(Y)を式(8B)に代入すると、 d(R/R,)/dθ= (R/Ro)”RAD(1−!に/2[(R/Ro) ”−111)”−(R/R,)2(1) ここで、 K=[(y (IJ” I?o”)(1/g) (1/σo) ]、0<K<1 定数には、微分方程式(1)を満足する方程式群の各々についての形状係数Kを 定める。バンドを回転時に張力にのみさらそうとしているので、形状係数には0 <K<1の範囲内に制限しなければならない。もしKがこの限界の外にある場合 には、平衡状態を得るのは不可能である。Kについての限界の物理的な説明は、 本発明によるバンドによって達成することのできる荷重の範囲を考察すれば理解 できる。TIl/T, = dR/Rde (Z) Multiplying the numerator and denominator of formula (Z) by (1/Ro) yields T, /T, : d(R/R o) / [(R/R,)dθ] (^^) Simplifying, (R/l?o) (TR/T#) = d(R/RO)/d e (BB) Therefore, in the case of a band with a constant area, substituting equation (Y) into equation (8B), we get d(R/R,)/dθ= (R/Ro)”RAD(1-!Ni/2[(R/Ro) "-111)"-(R/R,)2(1) here, K = [(y (IJ” I?o”) (1/g) (1/σo)], 0<K<1 The constant is the shape factor K for each equation group that satisfies the differential equation (1). stipulate. Since we are only going to expose the band to tension during rotation, the shape factor is 0. Must be limited to <K<1. If K is outside this limit It is impossible to obtain an equilibrium state. The physical explanation of the limit for K is It will be understood if we consider the range of loads that can be achieved with the band according to the invention. can.
第3D図でわかるように、微分方程式(1)は一群の平衡曲線を定める。形状係 数に=1である場合、平衡曲線は円の形を採る。しかしながら、平衡曲線につい ての円形は、バンドに加えられる荷重を叉えるのに貢献するバンド張力成分がま ったくないことを意味する。回転時に張力のみを受1jるバンドは、ゼロ荷重に 順応できることになるが、これは非実際的な結果である。したがって、荷重を支 えるには、円形のバンドは必ず曲げを与えなければならない。As can be seen in Figure 3D, differential equation (1) defines a family of equilibrium curves. shape person If the number = 1, the equilibrium curve takes the shape of a circle. However, for the equilibrium curve The circular shape represents the band tension component that contributes to overcoming the load applied to the band. It means not wanting. A band that receives only tension during rotation will have zero load. It would be possible to adapt, but this is an impractical outcome. Therefore, it supports the load. To achieve this, the circular band must be bent.
形状係数に=0の場合、平衡曲線は直線の形を採る。When the shape factor = 0, the equilibrium curve takes the form of a straight line.
コノ場合、バンドの質量に加えられる遠心力を支持するのに貢献することのでき るバンド張力成分はまった(ない。したがって、直線の形をした平衡曲線を持ち 、回転時張力のみを受けるバンドは質量ゼロでなければならず、これは明らかに 不合理である。In this case, the mass of the band can contribute to supporting the centrifugal force applied to it. The band tension component is not fixed (therefore, it has a linear equilibrium curve) , the band subject to only tension during rotation must have zero mass, which is clearly It's unreasonable.
したがって、本発明による、回転時張力のみを受けるバンドは、必ず、0<K< 1の範囲内にある形状係数Kを持たなければならない。Therefore, the band according to the present invention that is subjected only to tension during rotation always has 0<K< It must have a shape factor K within the range of 1.
本発明による任意のバンドの平衡曲線(すなわち、回転時張力のみを受けるバン ド)は、バンド・セグメントの中間点と、式(1)によって定義される平衡曲線 群のうちの1つに密接に一致する端点(これらの点はここで定義したままである )との間に平衡曲線を持つことになる。Equilibrium curve for any band according to the invention (i.e., a band subjected only to tension during rotation) ) is the midpoint of the band segment and the equilibrium curve defined by Eq. endpoints that closely match one of the groups (these points remain defined here) ) will have an equilibrium curve between
実際のロータで用いられるようなバンドの平衡曲線を決定するには、まず、バン ドをそれをハブに取り付けているストラットから取り外す。実際のバンドの輪郭 をプロットしてもよい。平衡曲線はバンドの中心を通って延びる。実際のロータ において、回転軸線から荷重点を通る半径(RL)の角度θ(度)は、次の関係 かられかる。To determine the band equilibrium curve as used in an actual rotor, first the band from the strut that attaches it to the hub. actual band outline may be plotted. The equilibrium curve extends through the center of the band. actual rotor , the angle θ (degrees) of the radius (RL) passing through the load point from the axis of rotation has the following relationship: Kararekaru.
θ= 360/(2N) ここで、Nはロータ上の位置の数である。こうして、実際のロータの平衡曲線の 1つの端点は、実際のロータの加荷重受容領域にすぐ隣接したバンド上の点であ る。θ=360/(2N) Here, N is the number of positions on the rotor. Thus, the equilibrium curve of the actual rotor One endpoint is the point on the band immediately adjacent to the load receiving area of the actual rotor. Ru.
バンドの中間点(半径RO)は、普通は(といって必ずというわけではないが) 、ストラットがバンドに取り付けである点である。もしバンドが回転時に張力の みを受けるならば、バンドの平衡曲線は第3D図に示す平衡曲線群のなかの1つ の平衡曲線にほぼ一致する。すなわち、実際のロータからのバンドの平衡曲線は 、R,とR1の間にある曲線群のうちの1つの曲線となるか、あるいは、平衡曲 線群のうちの1つの平衡曲線の所定範囲内に入ることになる。The midpoint of the band (radius RO) is usually (though not always) , the point is that the struts are attached to the band. If the band is under tension when rotating If accepted, the band's equilibrium curve will be one of the equilibrium curves shown in Figure 3D. It almost matches the equilibrium curve of That is, the equilibrium curve of the band from the actual rotor is , R, and R1, or an equilibrium curve. It will fall within a predetermined range of the equilibrium curve of one of the lines.
このようなバンドが張力のみを受けることを確かめるために、脆性ラッカー・テ ストを実施するとよい(これは、好ましくは、上述したように、ロータをストラ ットから分解する前に行う)。脆性ラッカー・テストは、Rchard C,D ove、 Paul H,Adams共著、”Experi+*entalSt ress Analysis and Motion Measurement ” (オハイオ州コロンバス市、Charl、es ElMerriL Boo ks、 Inc、 1964年発刊)に記載されている。バンドが張力のみを受 けることを確認する他のテストも実施し得る。このテストでは、バンドの半径方 向内外面にひずみゲージを取り付ける。To make sure that such a band is only subjected to tension, apply a brittle lacquer tape. Strapping the rotor (preferably as described above) before disassembling from the kit). Brittle lacquer test Richard C,D ove, co-authored by Paul H. Adams, “Experi+*mentalSt Ress Analysis and Motion Measurement ” (Charl, es ElMerri Boo, Columbus, Ohio) KS, Inc., published in 1964). The band only receives tension Other tests may also be performed to confirm that the In this test, the radius of the band Attach strain gauges to the inner and outer surfaces.
式(1)、(2)の平衡曲線22を満たす形状を有するバンドI2は、回転時に 張力のみを受ける。バンド12の形状は、それが加速しているときあるいは成る 速度で回転しているときには、変化することがない。しかしながら、遠心力効果 により、バンド12は外方へ膨らみ、そして、バンドに取り付けたサンプル・キ ャリヤ20は半径方向外方へ変位することになる。しかしながら、バンド12に 加わる荷重(それ自体の重量とサンプル・キャリヤの重量)は、バンド内の張力 によって釣り合わされることになる。こうして、バンドはなんら曲げ応力を受け ないことになる。Band I2, which has a shape that satisfies the equilibrium curve 22 of equations (1) and (2), is Receives only tension. The shape of band 12 changes when it is accelerating or becomes When it is rotating at speed, it does not change. However, the centrifugal effect The band 12 bulges outward and the sample key attached to the band bulges outward. The carrier 20 will be displaced radially outward. However, in band 12 The applied load (its own weight plus the weight of the sample carrier) is the tension in the band. It will be balanced by. The band is thus subjected to no bending stress. There will be no.
先の導出式(1)、(2)では、バンドの横断面積A(第3B図)が一定である ために、バンド内の張力、したがって、応力が変化すると仮定したが、本発明は 、応力が一定であり、逆に、横断面積が変化するバンドも意図している。In the previous derived equations (1) and (2), the cross-sectional area A of the band (Figure 3B) is constant. In order to , bands where the stress is constant and, conversely, the cross-sectional area varies are also contemplated.
可変横断面積および一定応力を有するバンドの場合、dT=−(γ ^ω2)( 1/g) (Y dy + x dx) (0)分子、分母に2を掛け、再び、 応力が単位面積あたりの張力であること(すなわち、σ=T/A)に注目すると 、 dT=−(7T ωす(1/2g)(1/cro)(2ydy+2xdx) ( CC)Tで割り、式(CC)においてy2. xZの導関数を認識すると、 dT/T=−(yω”)(1/2g)(1/cro)(dy2+dx”) (D D)第3C図から、(dy”+dx’)=d(R2)であることを認識すれば、 dT/T=−(γω”)(1/2g)(1/σ。)(dl?’) (EE)限界 T。−T(可変Tの場合)にわたってかつR9〜R(可変Rの場合)にわたって 式(DD)を積分し、Roを因数分解すると、 in (T/To)=−(γ ω”!?、”)(1/2g)(1/σo)[(1 ?/RO) 2−1コ(FF) しかしながら、式(2)からKを認識すると、式(FF)は、1、n (T/T o)=−に/2 [(R/Ro)2−1] (GG)自然対数を採用すると、 (T/To)=exp f−に/2 [(R/l?。)”−111(r(H)も おめんとを合算すると、式(W)、(J)から(TI/To)= RAD(T/ T、)”−(R/R,)2(II)式(Hl’! )から (T、l/To)=RAD exp t−K[(R/Ro)2−1]1 (R/ Ro)” OJ)式(JJ)の右辺にR/ R,を掛け、左辺にT。/T、を掛 けると[式(v)からR/ R,に等しい]、(TR/Tl)=(R/RO)R AD exp (−K[(R/Ro)”1月 −(R/Ro)2(KK) この式は、 (Tll/Ta)=RAD[(R/Ro)”](exp!−K[(R/Ro)” −1111)(LL) 同様の三角形から、式(Z)および(八A)は、(T、/T、)=d(R)/R dθ=d(R/Ro)/(R/Ro)dθd(R/I?、)/dθ= (R/R 0)(TR/T、) (BB)したがって、一定の応力にさらされるが、可変横 断面積を有するバンドの場合、 d(R/Ro)/dθ=(R/R,)RAD[(R/R,)”](expf−K [(R/R,)”−11]−1)(1人) K=[(γω”Roり(1/g)(1/σo)] (2^)(^/Ao)=ex p(−(K/2)[(R/Ro)2−111 (3^)補正書の翻訳文提出書 (特許法第184条の8) 平成4年1月31日For a band with variable cross-sectional area and constant stress, dT=−(γ〼^ω2)( 1/g) (Y dy + x dx) (0) Multiply the numerator and denominator by 2, and again, Noting that stress is tension per unit area (i.e., σ = T/A), , dT=-(7T ωsu(1/2g)(1/cro)(2ydy+2xdx)( CC) divided by T, and in formula (CC) y2. Recognizing the derivative of xZ, dT/T=-(yω”)(1/2g)(1/cro)(dy2+dx”)(D D) From Figure 3C, if we recognize that (dy”+dx’)=d(R2), dT/T=-(γω”) (1/2g) (1/σ.) (dl?’) (EE) Limit T. - over T (for variable T) and from R9 to R (for variable R) Integrating the equation (DD) and factorizing Ro, we get in (T/To) = - (γ ω”!?,”) (1/2g) (1/σo) [(1 ? /RO) 2-1 (FF) However, if we recognize K from equation (2), equation (FF) becomes 1, n (T/T o)=-/2 [(R/Ro)2-1] (GG) If we adopt the natural logarithm, (T/To)=exp f-に/2 [(R/l?.)”-111(r(H) also Adding up the noodles, from formulas (W) and (J), (TI/To) = RAD (T/ T,)”-(R/R,)2(II) From the formula (Hl’!) (T, l/To)=RAD exp t-K[(R/Ro)2-1]1 (R/ Multiply the right side of the formula (JJ) by R/R, and the left side by T./T. Then, [equal to R/R, from formula (v)], (TR/Tl) = (R/RO)R AD exp (-K[(R/Ro)" January -(R/Ro)2(KK) This formula is (Tll/Ta)=RAD[(R/Ro)"](exp!-K[(R/Ro)" -1111) (LL) From similar triangles, equations (Z) and (8A) become (T,/T,)=d(R)/R dθ=d(R/Ro)/(R/Ro)dθd(R/I?,)/dθ=(R/R 0) (TR/T, ) (BB) Therefore, it is exposed to constant stress but with variable transverse For a band with a cross-sectional area, d(R/Ro)/dθ=(R/R,)RAD[(R/R,)''](expf-K [(R/R,)”-11]-1) (1 person) K=[(γω”Rori(1/g)(1/σo)] (2^)(^/Ao)=ex p(-(K/2) [(R/Ro)2-111 (3^) Submission of translation of written amendment (Article 184-8 of the Patent Law) January 31, 1992
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