一种抗扰动自平衡精密离心机装置
阅读说明：本技术 一种抗扰动自平衡精密离心机装置 (Anti-disturbance self-balancing precision centrifuge device ) 是由 董雪明 刘北英 代洁 杨文明 刘静雅 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开的一种抗扰动自平衡精密离心机装置,属于惯性技术离心机领域。本发明包括主轴旋转机构、支撑臂机构、抗扰动装置、动平衡装置、拉杆、滑移机构、精密端。主轴旋转机构与支撑臂机构刚性连接,滑移机构安装在支撑臂机构端部,拉杆与精密端、精密端与滑移机构紧固,抗扰动装置固定在支撑臂机构上,动平衡装置的离心部分紧固在滑移机构上,作用缸紧固在主轴旋转机构上。主轴旋转机构和抗扰动装置的旋转轴高速旋转时,根据陀螺原理,能够减小周围气流以及主轴旋转机构的回转误差对离心机偏摆、俯仰的扰动影响；动平衡装置根据受到的离心力调节作用缸的压力拉动拉杆,补偿精密端受到离心力时在回转径向上产生的位移,提高离心机的抗干扰性。(The invention discloses an anti-disturbance self-balancing precision centrifuge device, and belongs to the field of inertial technology centrifuges. The invention comprises a main shaft rotating mechanism, a supporting arm mechanism, an anti-disturbance device, a dynamic balance device, a pull rod, a sliding mechanism and a precision end. The main shaft rotating mechanism is rigidly connected with the supporting arm mechanism, the sliding mechanism is arranged at the end part of the supporting arm mechanism, the pull rod is fastened with the precise end and the precise end with the sliding mechanism, the anti-disturbance device is fixed on the supporting arm mechanism, the centrifugal part of the dynamic balancing device is fastened on the sliding mechanism, and the acting cylinder is fastened on the main shaft rotating mechanism. When the rotating shafts of the main shaft rotating mechanism and the anti-disturbance device rotate at high speed, the disturbance influence of peripheral air flow and the rotation error of the main shaft rotating mechanism on the deflection and pitching of the centrifugal machine can be reduced according to the gyro principle; the dynamic balance device adjusts the pressure of the acting cylinder to pull the pull rod according to the received centrifugal force, compensates the displacement generated in the radial direction of the rotation when the precise end receives the centrifugal force, and improves the anti-interference performance of the centrifugal machine.)
技术领域
本发明涉及离心机技术领域，尤其涉及一种通过绕自身轴心高速旋转的抗扰动装置，以及通过倍力缸实现自动动平衡调节，从而保证精密端的旋转半径不变的离心机装置。
背景技术
离心机一般工作在室内环境，在高速旋转工作状态下，无法克服周围气流以及绕主轴旋转过程中主轴回转误差对离心机偏摆、俯仰的影响，且现有离心机抗扰动性能不足。传统离心机的动平衡一般采用在离心舱室另一端增加配重的方法，这种调节方式需要将离心机停止之后再按精密端的质量进行调整，一般由人工完成，费时费力，无法实现在旋转过程中连续实时地调整并实现动平衡。
发明内容
为了解决离心机在旋转时受周围气流以及绕主轴旋转过程中主轴回转误差对离心机偏摆、俯仰影响的问题，以及解决无法在旋转过程中连续实时地调整并实现动平衡的问题，本发明公开的一种抗扰动自平衡精密离心机装置，能够实现在旋转过程中抵抗离心机受周围气流以及绕主轴旋转过程中主轴回转误差产生的偏摆、俯仰，自动调节动平衡并补偿离心力导致的旋转径向方向上的形变，从而补偿精密端的误差值，提高精密离心机的抗干扰性。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
本发明公开的一种抗扰动自平衡精密离心机装置，包括主轴旋转机构、支撑臂机构、抗扰动装置、动平衡装置、拉杆、滑移机构、精密端。
主轴旋转机构与支撑臂机构刚性连接，滑移机构安装在支撑臂机构端部，并且能够沿拉杆轴线方向滑动；拉杆与精密端刚性连接，精密端与滑移机构紧固，抗扰动装置通过支撑架固定在支撑臂机构上，动平衡装置的离心部分紧固在滑移机构上，作用缸紧固在主轴旋转机构上，作用缸活塞杆与拉杆相连接。
进一步地，所述抗扰动装置包括旋转轴驱动机构、旋转轴、轴承、支撑架。旋转轴端部与旋转轴驱动机构相连，驱动旋转轴绕自身轴心高速旋转。旋转轴与轴承内壁相连。轴承外壁与支撑架相连。支撑架里安装的抗扰动装置整体又随主轴旋转机构绕主轴旋转。
进一步地，所述动平衡装置包括压力调节器、作用缸缸体、作用缸活塞杆、推杆缸缸体、离心缸缸体、质量块、弹簧、推杆缸活塞杆、增力缸缸体。离心缸缸体弹簧侧缸室与大气连通，无弹簧侧缸室与推杆缸缸体的无杆侧缸室相连，其中质量块与离心缸缸体之间采用滑动密封。推杆缸缸体的有杆侧缸室与大气连通，推杆缸活塞杆通过增力缸缸体上的通孔插入增力缸缸体，推杆缸缸体与增力缸缸体相对固定。增力缸缸体另开有一孔与压力调节器相连，压力调节器与作用缸缸体缸室连通，作用缸缸体不与压力调节器连通的缸室与油箱连通，作用缸活塞杆与拉杆刚性连接。当压力调节器与作用缸缸体有杆侧缸室连通时，作用缸对拉杆是拉力作用；当压力调节器与作用缸缸体无杆侧缸室连通时，作用缸对拉杆是推力作用，拉杆可以采用端部带U形结构的杆件。其中，离心缸缸体与推杆缸缸体内填充气体，增力缸缸体与作用缸缸体内填充液体。其中，压力调节器，推杆缸缸体，离心缸缸体，质量块，弹簧，推杆缸活塞杆，增力缸缸体合称为离心部分。
进一步地，所述支撑臂机构受周围气流以及绕主轴旋转机构主轴旋转过程中主轴回转误差使离心机产生偏摆、俯仰时，旋转轴也在绕自身轴心高速旋转，根据陀螺原理，通过旋转轴绕自身轴心高速旋转来抵抗离心机产生的偏摆、俯仰。
进一步地，所述动平衡装置中的离心缸在受到离心力时，通过传感器检测离心缸缸体无弹簧侧缸室与推杆缸缸体无杆侧缸室内气体气压的变化△P；控制器根据△P调节压力调节器从而控制作用缸缸体有杆侧缸室的压力F，△P与F的关系结合实际情况通过实验分析得出。
进一步地，所述旋转轴带键转轴或气浮转轴。
进一步地，所述轴承是液压轴承或滚动轴承或滑动轴承或气浮轴承或组合轴承或带座轴承或法兰轴承或滚珠衬套。
进一步地，所述支撑架是轴承座或不同形状的支架。
进一步地，所述旋转轴驱动机构是电主轴或电机配套行星齿轮箱或由气浮转台驱动的行星齿轮机构或由轴承主轴转台驱动的行星齿轮机构。
进一步地，所述支撑臂机构与主轴旋转机构，滑移机构与精密端的连接方式是拉钉连接或螺钉联接或铆接或卡钩连接或铰链连接或焊接或胶接或胀接或咬缝联接。
进一步地，所述主轴旋转机构是轴承主轴转台或气浮转台。
进一步地，所述支撑臂机构是单臂式或双臂式或桁架式或圆盘式或圆柱式。
进一步地，所述滑移机构与支撑臂机构的相对运动方式是滑动运动副或滚动运动副。
进一步地，所述拉杆是一根或多根的实心或空心圆柱体或截面为多边形的柱体或柔性拉链或端部带U形结构的杆件。
进一步地，所述压力调节器与作用缸缸体的有杆侧缸室或无杆侧缸室连通。
进一步地，所述动平衡装置中的压力调节器可以是比例溢流阀或比例减压阀或液压泵。
进一步地，所述动平衡装置中的离心缸缸体与推杆缸缸体，增力缸缸体与压力调节器与作用缸缸体的连通方式是柔性管道或刚性管道，管道是钢管或铜管或尼龙管或塑料管或橡胶管。
有益效果：
1、本发明公开的一种抗扰动自平衡精密离心机装置，通过利用离心缸自身的离心作用与增力缸的增力作用，以及对压力调节器的实时控制，能够实现拉杆对精密端的拉力与精密端所受离心力相抵消，从而补偿精密端旋转半径变化所带来的误差，本发明所提供的自动实现动平衡调节的离心机装置控制简单，操作方便，无需手动调节。
2、本发明公开的一种抗扰动自平衡精密离心机装置，还包括抗扰动装置，通过动平衡装置与抗扰动装置组合，不仅能够实现拉杆对精密端的拉力与精密端所受离心力相抵消，从而补偿精密端旋转半径变化所带来的误差，还能够利用通过旋转轴绕自身轴心高速旋转的抗扰动装置来抵消因周围气流以及主轴回转误差影响产生的偏摆、俯仰，从而达到离心机高速旋转时抗扰动的效果。
附图说明
图1为本发明公开的一种抗扰动自平衡精密离心机装置的示意图。
图2为实施例1公开的一种抗扰动自平衡精密离心机装置的抗扰动装置的示意图。
图3为实施例1和实例3公开的一种抗扰动自平衡精密离心机装置的动平衡装置的示意图。
图4为实施例2公开的一种电主轴驱动的抗扰动装置示意图。
图5为实施例2公开的一种抗扰动自平衡精密离心机装置的动平衡装置的示意图。
图6为实施例3公开的一种行星齿轮机构驱动的抗扰动自平衡精密离心机装置的示意图。
图7为实施例3公开的一种行星齿轮机构驱动的抗扰动装置示意图。
图8为实施例3公开的一种行星齿轮机构驱动装置示意图。
其中：1—主轴旋转机构、2—支撑臂机构、3—抗扰动装置、4—动平衡装置、5—拉杆、6—滑移机构、7—精密端、8—旋转轴驱动机构、9—旋转轴、10—轴承、11—支撑架、12—压力调节器、13—作用缸缸体、14—作用缸活塞杆、15—推杆缸缸体、16—离心缸缸体、17—质量块、18—弹簧、19—推杆缸活塞杆、20—增力缸缸体、21—电主轴、22—行星齿轮、23—锥齿轮。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1
参照图1、图2与图3，本实施例公开的一种抗扰动自平衡精密离心机装置，包括气浮转台1，桁架式支撑臂机构2，抗扰动装置3，动平衡装置4，圆柱体拉杆5，滑移机构6，离心机实验舱7，其特征是，桁架式支撑臂机构2通过螺钉连接安装固定在气浮转台1上，滑移机构6通过导轨滑块安装在桁架式支撑臂机构2端部，离心机实验舱7与滑移机构6焊接连接，圆柱体拉杆5与离心机实验舱7通过螺钉刚性连接，滑移机构6能够沿拉杆5轴线方向滑动；抗扰动装置3通过轴承座11与桁架式支撑臂机构2用螺钉紧固连接，桁架式支撑臂机构2两边对称各安装一台抗扰动装置3；动平衡装置4的离心部分安装固定在滑移机构6上，动平衡装置4的作用缸缸体13安装固定在气浮转台1上，作用缸活塞杆14与拉杆5通过螺栓相连接；离心机转动是通过气浮转台1带动桁架式支撑臂机构2转动，与桁架式支撑臂机构2固定连接的轴承座11带动抗扰动装置3整体随气浮转台1绕主轴旋转。
抗扰动装置3包括电机配套行星齿轮箱8，带键转轴9，轴承10，轴承座11。轴承10用角接触球轴承，带键转轴9端部与电机配套行星齿轮箱8通过联轴器相连，由电机驱动带键转轴9绕自身轴心高速旋转，带键转轴9与角接触球轴承10内圈通过孔轴配合相连，带动角接触球轴承10内圈高速转动，角接触球轴承10外圈与轴承座11相连，抗扰动装置3整体又随气浮转台1绕主轴旋转。
动平衡装置4包括比例溢流阀12，作用缸缸体13，作用缸活塞杆14，推杆缸缸体15，离心缸缸体16，质量块17，弹簧18，推杆缸活塞杆19，增力缸缸体20。动平衡装置4中含有两个离心缸，离心缸缸体16弹簧侧缸室与大气连通，无弹簧侧缸室与推杆缸缸体15的无杆侧缸室相连，其中质量块17与离心缸缸体16之间采用滑动密封。推杆缸缸体15的有杆侧缸室与大气连通，推杆缸活塞杆19通过增力缸缸体20上的通孔插入增力缸缸体20，推杆缸缸体15与增力缸缸体20通过螺栓连接相对固定。增力缸缸体20另开有一孔与比例溢流阀12相连，比例溢流阀12与作用缸缸体13有杆侧缸室连通，作用缸缸体13无杆侧缸室与油箱连通，作用缸活塞杆14与拉杆5通过螺栓刚性连接。其中，离心缸缸体16与推杆缸缸体15内填充空气，增力缸缸体20与作用缸缸体13内填充液压液，各个缸体之间通过橡胶管相连。
桁架式支撑臂机构2受周围气流以及绕气浮转台1主轴旋转过程中主轴回转误差使离心机产生偏摆、俯仰时，带键转轴9也在绕自身轴心高速旋转，根据陀螺原理，通过带键转轴9绕自身轴心高速旋转来抵抗离心机产生的偏摆、俯仰。
动平衡装置4中的离心缸在受到离心力时，利用传感器检测离心缸缸体16无弹簧侧缸室与推杆缸缸体15无杆侧缸室内空气气压的变化△P；控制器根据△P调节压力调节器12从而控制作用缸缸体13有杆侧缸室的压力F，△P与F的数学关系需结合实际情况通过实验分析得出。
实施例2
参照图1、图4与图5，本实施例公开的一种抗扰动自平衡精密离心机装置，包括气浮转台1，桁架式支撑臂机构2，抗扰动装置3，动平衡装置4，端部带U形结构的长方体拉杆5，滑移机构6，离心机实验舱7，其特征是，桁架式支撑臂机构2通过螺钉连接安装固定在气浮转台1上，滑移机构6通过导轨滑块安装在桁架式支撑臂机构2端部，离心机实验舱7与滑移机构6焊接连接，长方体拉杆5与离心机实验舱7通过螺钉刚性连接，滑移机构6能够沿拉杆5轴线方向滑动；抗扰动装置3通过轴承座11与桁架式支撑臂机构2用螺钉紧固连接，桁架式支撑臂机构2两边对称各安装一台抗扰动装置3；动平衡装置4的离心部分安装固定在滑移机构6上，动平衡装置4的作用缸缸体13安装固定在气浮转台1上，作用缸活塞杆14与拉杆5通过螺栓相连接；离心机转动是通过气浮转台1带动桁架式支撑臂机构2转动，与桁架式支撑臂机构2固定连接的轴承座11带动抗扰动装置3整体随气浮转台1绕主轴旋转。
抗扰动装置3包括轴承10，轴承座11，电主轴21。轴承10是圆锥滚子轴承，电主轴21的旋转轴与圆锥滚子轴承10内圈通过孔轴配合相连，带动圆锥滚子轴承10内圈高速转动，圆锥滚子轴承10外圈与轴承座11相连，抗扰动装置3整体又随气浮转台1绕主轴旋转。
动平衡装置4包括比例溢流阀12，作用缸缸体13，作用缸活塞杆14，推杆缸缸体15，离心缸缸体16，质量块17，弹簧18，推杆缸活塞杆19，增力缸缸体20。动平衡装置中含有两个离心缸，离心缸缸体16弹簧侧缸室与大气连通，无弹簧侧缸室与推杆缸缸体19的无杆侧缸室相连，其中质量块17与离心缸缸体16之间采用滑动密封。推杆缸缸体15的有杆侧缸室与大气连通，推杆缸活塞杆19通过增力缸缸体20上的通孔插入增力缸缸体20，推杆缸缸体15与增力缸缸体20通过螺栓连接相对固定。增力缸缸体20另开有一孔与比例溢流阀12相连，比例溢流阀12与作用缸缸体13无杆侧缸室连通，作用缸缸体13有杆侧缸室与油箱连通，作用缸活塞杆14与拉杆5端部的U形结构通过螺栓刚性连接。其中，离心缸缸体16与推杆缸缸体15内填充空气，增力缸缸体20与作用缸缸体13内填充液压液，各个缸体之间通过橡胶管相连。
桁架式支撑臂机构2受周围气流以及绕气浮转台1主轴旋转过程中主轴回转误差使离心机产生偏摆、俯仰时，电主轴21也在绕自身轴心高速旋转，根据陀螺原理，通过电主轴21绕自身轴心高速旋转来抵抗离心机产生的偏摆、俯仰。
动平衡装置4中的离心缸在受到离心力时，利用传感器检测离心缸缸体16无弹簧侧缸室与推杆缸缸体15无杆侧缸室内空气气压的变化△P；控制器根据△P调节压力调节器12从而控制作用缸缸体13无杆侧缸室的压力F，△P与F的数学关系需结合实际情况通过实验分析得出。
实施例3
参照图6、图7、图8与图3，本实施例公开的一种抗扰动自平衡精密离心机装置，包括气浮转台1，桁架式支撑臂机构2，抗扰动装置3，动平衡装置4，圆柱体拉杆5，滑移机构6，离心机实验舱7，其特征是，桁架式支撑臂机构2通过螺钉连接安装固定在气浮转台1上，滑移机构6通过导轨滑块安装在桁架式支撑臂机构2端部，离心机实验舱7与滑移机构6焊接连接，圆柱体拉杆5与离心机实验舱7通过螺钉刚性连接，滑移机构6能够沿拉杆5轴线方向滑动；抗扰动装置3通过轴承座11与桁架式支撑臂机构2用螺钉紧固连接，桁架式支撑臂机构2两边对称各安装一台抗扰动装置3；动平衡装置4的离心部分安装固定在滑移机构6上，动平衡装置4的作用缸缸体13安装固定在气浮转台1上，作用缸活塞杆14与拉杆5通过螺栓相连接；离心机转动是通过气浮转台1带动桁架式支撑臂机构2转动，与桁架式支撑臂机构2固定连接的轴承座11带动抗扰动装置3整体随气浮转台1绕主轴旋转。
抗扰动装置3包括由气浮转台驱动的行星齿轮机构8，带键转轴9，圆锥滚子轴承10，轴承座11。由气浮转台1驱动的行星齿轮机构8包括一组行星齿轮22，一对锥齿轮23，行星齿轮22通过传动轴与锥齿轮23连接。由气浮转台1驱动行星齿轮22的大齿圈转动，大齿圈带动小齿轮，小齿轮通过传动轴与传动轴上的推力球轴承带动锥齿轮23转动，锥齿轮23将动力传递给带键转轴9，从而实现带键转轴9绕自身轴心高速旋转，带键转轴9与圆锥滚子轴承10内圈通过孔轴配合相连，带动圆锥滚子轴承10内圈高速转动，圆锥滚子轴承10外圈与轴承座11固定，抗扰动装置3整体又随气浮转台1绕主轴旋转。
动平衡装置4包括比例溢流阀12，作用缸缸体13，作用缸活塞杆14，推杆缸缸体15，离心缸缸体16，质量块17，弹簧18，推杆缸活塞杆19，增力缸缸体20。动平衡装置4中含有两个离心缸，离心缸缸体16弹簧侧缸室与大气连通，无弹簧侧缸室与推杆缸缸体15的无杆侧缸室相连，其中质量块17与离心缸缸体16之间采用滑动密封。推杆缸缸体15的有杆侧缸室与大气连通，推杆缸活塞杆19通过增力缸缸体20上的通孔插入增力缸缸体20，推杆缸缸体15与增力缸缸体20通过螺栓连接相对固定。增力缸缸体20另开有一孔与比例溢流阀12相连，比例溢流阀12与作用缸缸体13有杆侧缸室连通，作用缸缸体13无杆侧缸室与油箱连通，作用缸活塞杆14与拉杆5通过螺栓刚性连接。其中，离心缸缸体16与推杆缸缸体15内填充空气，增力缸缸体20与作用缸缸体13内填充液压液，各个缸体之间通过橡胶管相连。
桁架式支撑臂机构2受周围气流以及绕气浮转台1主轴旋转过程中主轴回转误差使离心机产生偏摆、俯仰时，带键转轴9也在绕自身轴心高速旋转，根据陀螺原理，通过带键转轴9绕自身轴心高速旋转来抵抗离心机产生的偏摆、俯仰。
动平衡装置4中的离心缸在受到离心力时，利用传感器检测离心缸缸体16无弹簧侧缸室与推杆缸缸体15无杆侧缸室内空气气压的变化△P；控制器根据△P调节压力调节器12从而控制作用缸缸体13有杆侧缸室的压力F，△P与F的数学关系需结合实际情况通过实验分析得出。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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