CN1688382A - 用于对装有试样的管体执行快速振动的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于对装有试样，尤其是生物试样的管体(24)执行快速振动的设备，该设备包括一管体支撑盘(22)以及同心的轴承(28、30)，轴承用于将盘体安装在一个环体(26)中，环体由一构架(10)弹性地悬挂着，所述轴承包括两个轴承，其中之一被安装在另一者中。本发明使得装有试样的管体能以很高的频率执行曲线往复运动。

Description

用于对装有试样的管体执行快速振动的设备

技术领域

[01]本发明涉及用于对装有试样的管体执行快速振动的设备，其中的试样尤其是生物试样，对管体执行快速振动的作用在于将试样磨碎。

背景技术

[02]现有技术中，如下的技术已是公知的：将生物试样封装到管体中，管体中还容纳有用玻璃或陶瓷制成的微小珠粒，通过在相对较短的时间内以很高的速度(例如约100赫兹)对密闭封装的管体执行轴向振动，将生物试样磨碎，其中的振动时间例如在30秒到60秒的数量级上。

[03]第5567050号美国专利介绍了用于执行该方法的设备，该设备包括一管体支撑盘和用于向支撑盘施加振荡运动、使其绕一转动中心振动的装置。驱动装置包括一电动机，其输出轴上设置有一个轴套，该轴套的外筒柱面相对于电动机输出轴的轴线是倾斜的。借助于排列在轴向上的滚动轴承，支撑盘被安装成可在轴套内自由地转动，支撑盘还与阻止其转动的装置相联，从而，当轴套被电动机带动而转动时，上述的结构将使得支撑盘绕一转动中心振荡，其中的转动中心是由电动机轴的轴线与轴套外筒柱面的轴线相交而成的。多个管体被固定在支撑盘的圆周上，并与转动中心具有相等的距离，因而，这些管体会产生基本为曲线形的往复运动。在理论上讲，电动机输出轴的转速在3000转/分(rpm)到8000rpm之间，试样受到的线性加速度应当在150g到400g之间，以便于将试样磨碎，其中，g是指重力加速度。

[04]然而，这种现有的设备存在这样的缺陷：用于将支撑盘安装到轴套上、并支撑着用于驱动支撑盘的所有作用力的滚动轴承会很快地发热，从而造成滚动轴承急剧磨损，这将非常显著地缩短其工作寿命，滚动轴承的发热还会导致将支撑盘加热，然后，热量会被传递给管体以及管体中所含的试样。在实践中，对于这种类型的设备，无法在并不相当快地损坏装置的前提下使支撑盘的振荡速度大于约6000rpm。此外，滚动轴承和支撑盘的发热要求必须在两个研磨工作周期之间停机一定的时长，以使支撑盘和滚动轴承能充分地冷却下来。

[05]另外，在这种现有的设备中，需要一个接一个地对管体进行操作，以将它们放置到支撑盘上设置的容座中、或从容座中取出，且必须用手动装置执行安装和操纵，以便于将管体锁定到它们位于支撑盘上的容座中，因而，这会极大地延长对设备执行装样和卸样工作所需的时间，与此对应，这将增加试样分析周期的总时长。

发明内容

[06]本发明一个特定的目的是提供一种解决上述问题的方案，该方案简单、有效、且成本低。

[07]本发明提供了一种属于上述特定类型的设备，其用于对含待分析试样的管体执行快速振动，该装置的工作寿命远大于目前已有的同类设备的工作寿命。

[08]本发明还提供了一种属于上述特定类型的设备，其可不发生损坏地以很高的振荡频率工作，该振荡频率高于目前现有同类设备的工作频率。

[09]本发明还提供了一种属于此类型的设备，相比于目前现有的同类设备，其更为简单、成本更低，且能更为容易、快速地使用。

[10]为此目的，本发明设计了用于快速振动含试样管体的设备，其中的试样尤其是生物试样，该设备包括：一盘体，其用于支撑管体；用于防止支撑盘绕其自身轴线旋转的装置；以及用于驱动支撑盘、使其绕位于盘体轴线上的一转动中心执行振荡运动的装置，所述设备的特征在于：利用两个同心的轴承，支撑盘被支撑并定心在设备的一个弹性悬挂部分上，两轴承中的之一被安装在另一者中，其中一个轴承属于球面(rotule)轴承，其使得支撑盘能绕着转动中心执行振荡运动。

[11]本发明设备突出的优点在于：用于对支撑盘进行支撑和定中的装置并不需要承受那些由于驱动支撑盘而产生的作用力，因而，所述装置可由轴承—尤其是滚动轴承构成，且不会在设备的工作过程中将所述装置快速损坏或损毁。

[12]优选地是，两轴承均为球轴承。两轴承中的第一轴承包括：一位于径向内侧的座圈，其被固定到支撑盘上一个在轴向上为圆柱形的末端件上；一位于径向外侧的座圈，其受到约束而随第二轴承的径向内侧座圈一起转动。第二轴承的径向外侧座圈被固定到设备的静止部分上。

[13]第一轴承是自调式球轴承(rotule àbilles)，其使得支撑盘能绕转动中心执行振荡运动。第二轴承是这样的球轴承(roulement àbilles)：其内座圈随着第一轴承外座圈以很高的速度旋转，第一轴承的内座圈和第二轴承的外座圈受到阻止而不能转动，第一轴承的内座圈与支撑盘一道相对于所述第一轴承的外座圈发生振荡。

[14]在其自由端处，支撑盘的圆柱形末端件通过一第三轴承—例如一滚动型球轴承与一个偏心轮相连接，其中的偏心轮被安装在一驱动轴的端部上。

[15]为了应对热膨胀，或者可以将末端件安装成可在第三轴承上轴向滑动，或者可将第一轴承安装成可在第二轴承的内部沿轴向滑动。

[16]根据本发明其它的特征，管体被安装在一些容座内，这些容座被设置在圆形扇段形式的管架内，管架按照可拆卸的形式定位并固定在支撑盘上，并设置了用于将管体保持在它们各自容座中的装置，该装置最好包括：一盖板，其被安装在支撑盘上，以便于遮盖放置在各自容座内的管体；以及用于将盖板闭锁或锁定在其保持着管体的位置上的装置。

[17]在本发明的一优选实施方式中，利用抽吸作用将盖板置于一个位置，在该位置上，盖板可将管体锁定在其容座中，由此将盖板保持在支撑盘上。为了实现此设计，盖板与支撑盘相配合而形成了一个密闭室，其与一真空源相连接。

[18]此外，在支撑盘上设置了卡扣紧固型锁止装置，其能对盖板进行角度定位，并能将盖板快速而自动地锁定在用于将管体保持在其容座中的位置上。

[19]有利地是，用于将密闭室与真空源连接起来的装置构成了用于阻止支撑盘转动的装置。

[20]在一第一实施方式中，盖板的圆周上具有径向凸爪，每一径向凸爪都弹性地顶承着一个为管体设置的封塞，以便于将管体保持在其位于支撑盘上的容座内。

[21]在一种改型的实施方式中，一环圈的圆周上具有容纳管体的孔洞，该环圈使得管体能在设备的外部安装好。而后，带有管体的环圈被放置到支撑盘上，并被上述的盖板遮盖住，然后，如上文所述那样，利用抽吸作用对盖板执行固定，以将其保持就位。

[22]在另一种改型中，上述的环圈具有一些用于容纳管体的盲孔，一个用橡胶等材料制成的圈体被放置到所述的管体容纳环圈上，以便于当盖板在该圈体上被布置就位时，其能按照密闭的方式封闭环圈上的盲孔，其中，圈体自身被放置在支撑盘上。

[23]因而，在管体由于受到振动而破裂的情况下，可防止对整个设备以及环境造成污染。

[24]在本发明的一优选实施方式中，支撑盘的各个同心轴承被安装在一环体上，其利用弹性悬挂装置固定在一静止的构架上。

[25]用于驱动支撑盘的电动机被固定到所述构架上，且其输出轴通过一弹性联轴节与一转台相连接，转台上载有偏心的第三轴承，以便于驱动支撑盘的圆柱形末端件，所述转台被安装在所述构架所带的一个轴承箱中。

[26]这可确保电动机、载有偏心轴承的转台、以及支撑盘之间的相互解耦，从而使电动机无须承受来自于环体、支撑盘、以及转台的振动和应力。这可增加电动机的工作寿命，并使得设备能在电动机以更高的转速转动的情况下满负荷运行。

附图说明

[27]在阅读了下文参照附图所作的举例说明之后，能更好地理解本发明，并能更加清楚地认识到本发明其它的特征、细节特征、以及优点，在附图中：

[28]图1是一个示意性的轴向剖面图，其表示了本发明设备的一种实施方式，图中，设备的盖板已被去掉；

[29]图2中的示意性轴向剖面图表示了图1所示设备的支撑盘，图中，设备的盖板处于其通常的位置上；

[30]图3表示了用于阻止转动的装置；

[31]图4中示意性的局部图表示了用于容纳管体的装置；

[32]图5是本发明一改型实施方式的示意性剖面图；以及

[33]图6中的局部示意图表示了本发明的另一特征。

具体实施方式

[34]图1和图2所示的、本发明设备的实施方式包括一构架10，其下部中安装有一电动机12，电动机12的输出轴14沿垂直方向向上延伸，并载有一转台16，该转台上具有斜向安装、且偏心的滚动轴承18。轴承18接纳着一斜向轴20的下端，斜向轴20是由一末端件构成的，该末端件在轴向上为圆柱状，其从一用于支撑试管24的盘体22突伸出，如图所示，支撑盘22的延伸方向垂直于斜向轴20，并被固定到该轴20的端部上、或者与轴20制成一体。轴承18是倾斜的，以便于在轴向上与轴20对正，优选地是，该轴承是球形轴承，以便于容许小的机械缺陷。

[35]利用两个同心的轴承28、30将支撑盘22支撑在一环体26上、并据此进行定中，环体26被安装在构架10上，如图1、2中的示意图所示，在轴20与环体26之间，两轴承28、30中的一个安装在另一个中。

[36]第一轴承28是自调式球轴承，其包括一位于径向内侧的座圈，其被固定到轴20上，并包括一位于径向外侧的座圈，内侧座圈可相对于该座圈绕一转动中心发生振荡，其中的转动中心位于轴20的轴线上。在本发明的设备中，转动中心是指支撑盘22的振荡运动中心。

[37]轴承28的外座圈与第二轴承30的内座圈一起转动地相连，其中，轴承28的外座圈被安装到轴承30的内座圈中。

[38]第二轴承30的外座圈被固定到一环带32的内部，环带32被旋拧到环体26上。环带的顶面上安装有一个垫圈，其遮盖了轴承28和30，并以密封的形式将两轴承与支撑盘22的上部分隔开，其中，盘体22的上部载带着管体24。

[39]环体26包括一指向外侧的凸缘54，其利用螺钉固定到一板件27上，板件27通过弹性的悬挂装置29安装到构架10上。电动机12被固定到板件27上。

[40]设置了用于阻止支撑盘发生旋转的装置，其例如包括一个或多个弹簧，它们在径向上将环体26与轴20连接起来。

[41]在图3中示意图所示的特定实施方式中，上述的装置包括两平行的弹簧37，它们被安装在环体26与一个固定在轴20上的垫圈38之间。如图所示，弹簧的中间部分和端部通过螺旋地接合到环体26和垫圈38的圆筒形突部和套筒中而获得固定。当轴20和支撑盘22趋于在某一方向上转动时，会将弹簧37在径向上相对的两个半弹簧部分压缩，同时使另两个半弹簧37部分伸长。在图中所示的平衡位置上，略微向弹簧施加了一定的预紧力，使其处于压缩态或拉伸态。

[42]该设备的工作过程如下：

[43]当向电动机12通电时，转台16绕垂直轴线34转动，斜向轴20开始回旋转动，其回旋路径形成了一个圆锥面，该圆锥面的顶点即为转台16垂直轴线34与斜向轴20轴线的交点。盘体22受到阻止而无法绕斜向轴20的轴线和垂直轴线34转动，从而被迫绕由轴线34和轴20轴线相交形成的转动中心执行振荡运动，安装在盘体22上的管体24按照图中箭头36所示的方向执行曲线往复运动。

[44]第一轴承28的外座圈和第二轴承30的内座圈被相互固定到一起，当转台16转动时，它们受到驱动而以很高的速度旋转。两座圈的这一转动只涉及到小惯性质量的部件，且几乎不产生任何摩擦，因而消耗较少的能量。由于这两个座圈的旋转，传递给盘体22的旋转力矩相对较小，所以可利用简单而轻巧的装置来阻止盘体发生转动。

[45]在长达几天的时期内，使转台16受到驱动而以6500rpm的转动速度执行每隔几分钟就工作60秒的工作循环，在此情况下，发现设备的两个轴承28和30没有出现任何疲劳或磨损的迹象。本发明设备的工作速度可达到8000rpm，此时，管体受到的加速度约为600g。

[46]此外，通过改变轴承18的偏心率或盘体22的直径，就能改变管体24的振荡行程。

[47]利用封塞40来封闭装有试样的管体24，封塞40被一圆形盖板42保持着，盖板42接合到盘体22的顶面上。盖板42具有径向凸爪，它们弹性地顶承着放置在各自容座内的管体24的封塞40，其中的容座是由盘体22圆周上的一些孔洞形成的。

[48]此外，被放置在盘体22上的盖板42与盘体相配合而形成了一个密闭室44，其通过软管45与一位于设备外部的真空源相连接，软管45将盘体22与环体26连接起来，该软管45最好还构成了阻止盘体22转动的装置。有利地是，软管45可被设置到螺旋弹簧的内部，从而可承受驱动力和频率，进而可确保盘体22无法发生转动，因而，其可作为上述装置37、38的替代物。

[49]在盘体22上还设置了弹性的卡扣型紧固凸爪，它们向上延伸，并穿过盖板42上的孔洞，从而能对盖板执行角度定位，并能将盖板快速而自动地锁定在盘体上，举例来讲，这些凸爪可以是两个，并在直径方向上相互对置。

[50]图4示意性地表示了一种改型的实施方式，该实施方式允许工作人员能一个一个地准备各个管体24，以利用封塞40将它们封闭，随后再将它们放置到各自的容座中，容座位于一环圈46中，环圈46是可拆卸的，以便于能安装在盘体22与盖板42之间。

[51]一旦所有的管体24都已被装到环圈上，则就将环圈安装到振动设备的盘体22上。将盖板42安装就位之后，利用盘体上的凸爪48执行卡扣固定而完成锁定，并利用腔室44中的抽吸力进行保持，之后，向电动机12供电，以使得盘体22绕上述介绍的转动中心振荡。

[52]在研磨循环结束时，如果电动机12已被停止，则将密闭室44与大气压力相通，且将卡扣型紧固凸指弹性地推回，从而能拆下盖板，将环圈46从盘体22上取下，并换上另一个环圈，该环圈所带的管体24中装有待研磨的试样。

[53]这样，能简单而快速地完成对本发明设备的装样和卸样操作。

[54]最好是，环圈46上的管体容纳容座24是一些盲孔，且在容座上放置一个用橡胶等材料制成的环形衬垫50，以便于密闭地封闭各个容座。

[55]如果在振动周期内某一管体24破裂，则该管体的内容物就会被橡胶衬垫封闭在管架上对应的容座内，其中，衬垫以密闭的形式封闭了这一容座。这就可防止污染整个设备和周围的环境。

[56]如图5中的示意图所示，在本发明的优选实施方式中，电动机12被螺栓等元件直接固定到构架10上，环体26利用常规类型的弹性悬挂装置安装到构架10上，其中的悬挂装置例如包括一些用橡胶等材料制成的堆柱(plots)52，它们成对地连接在构架10和环体26的外周凸缘54之间，其中，凸缘54位于板件27上。

[57]这种形式的安装结构可防止作用在环体26上的振动和力被传递给电动机12，因而能显著地增大电动机的工作寿命。

[58]此外，本发明为试管24作了这样的设计：试管被安装到盘体22上的形式使得其不与盘体的轴线平行，而倾斜向所述轴线，各个试管24的轴线汇聚向盘体的末端件20轴线上的一个点，该位置点位于盘体的下方或上方。

[59]管体24轴线相对于末端件20轴线所成的角度很小，通常约在5°到30°的范围内，优选地是约为10°。

[60]在工作过程中，与试样一起装入到倾斜管体24中的球丸能更为有效地在试样中穿行，从而能更好地研磨试样。

[61]图6表示了本发明的另一项有利特征。从该附图可看出，盘体22通过轴承28和30安装到环体26上，环体26自身则借助于板件27和弹性悬挂装置52安装到构架10上。

[62]如上所述，盘体22的末端件20被安装成其底端可在偏心轴承18中沿轴向滑动，轴承18被安装在转台16上。

[63]转台16并未被直接固定到电动机12的输出轴上，而是被安装在一滚动轴承箱56中，该轴承箱被固定到构架10上，且由电动机12的输出轴通过一弹性联轴节进行驱动。

[64]弹性联轴节包括：一可膨胀的毂套58，其用于将一金属轴环60安装到电动机12的输出轴上；以及橡胶管62，其被放置到转台16底部的凹座中，并利用螺钉64固定到轴环60上，其中，螺钉64被容纳在橡胶管62中。

[65]滚动轴承箱56具有一位于顶部的水平滚动轴承66以及一位于底部的水平滚动轴承68，两轴承的外座圈被静止地保持在箱体56中。顶部滚动轴承66的内座圈被固定到转台16上，转台16可在底部滚动轴承68的内座圈中滑动，以应对热膨胀。

[66]这样的安装结构用于保护电动机12，使其更好地免遭振动的破坏，并使其远离转台16、滚动轴承18、以及盘体22的末端件20各自的谐振点。这可增加电动机的工作寿命，使本发明的设备能在不损坏电动机12的情况下以更高的转速(例如6800rpm或更高，而不是6000rpm)满负荷运行。

[67]最后，应当能注意到：该设备最好包括一枢转的盖帽，当对试样执行研磨时，其被装配到盘体22上，该盖帽上装备有用于将其锁止在闭合位置的装置，该装置可以是电磁类装置或抽吸类装置。

Claims (18)

1.用于对装有试样的管体执行快速振动的设备，其中的试样尤其是生物试样，所述设备包括：一盘体(22)，其用于支撑管体(24)；用于阻止所述盘体绕其自身轴线旋转的装置；以及用于驱动所述盘体(22)、使其绕位于所述盘体轴线上的一转动中心执行振荡运动的装置(12、16、18、20)；

所述设备的特征在于：利用两个同心的轴承(28、30)，所述盘体(22)被支撑并定心在所述设备的一弹性悬挂部分(26)上，所述两轴承中的一个被安装在另一个中，其中一个轴承属于自调式轴承，其使得所述盘体能绕着转动中心执行振荡运动。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述两轴承(28、30)均为球轴承。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述两轴承中的第一轴承(28)包括：一径向内侧座圈，其与所述盘体的一轴向末端件(20)一起转动地相连；以及一径向外侧座圈，其与所述第二轴承(30)的径向内侧座圈一起转动地相连，所述第二轴承的径向外侧座圈被固定到所述设备的所述静止部分上。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：所述第一轴承(28)是一自调式球轴承。

5.根据权利要求3或4所述的设备，其特征在于：所述第一轴承(28)的外座圈与所述第二轴承(30)的内座圈一起转动和平动地相连。

6.根据权利要求3或4所述的设备，其特征在于：所述第一轴承(28)的外座圈可相对于所述第二轴承(30)的内座圈在轴向上移动。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于：所述盘体(22)由连接装置阻止绕其自身轴线旋转，所述连接装置将所述盘体(22)连接至所述设备的所述悬挂部分(26)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于：所述驱动装置包括一第三轴承(18)，其是偏心的，且被安装到一驱动轴的端部上，并将所述驱动轴连接至所述盘体的一轴向末端件(20)。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于：所述盘体的末端件(20)可在所述第三轴承(18)中沿轴向平动。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于：所述盘体的同心轴承(28、30)被安装在一环体(26)上，所述环体(26)通过弹性的悬挂装置(29、52)安装到一静止的构架(10)上。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于：所述盘体(22)的驱动装置包括一电动机(12)，其被安装成相对于所述构架(10)保持不动。

12.根据权利要求8与11合并方案所述的设备，其特征在于：所述偏心的第三轴承(18)被安装在一转台(16)上，所述转台被安装在一轴承箱(56)中，所述轴承箱由所述构架(10)支承着，且通过一弹性联轴节(62、64)与所述驱动轴(12)相连。

13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于：由所述盘体(22)载带着的管体(24)与所述盘体的轴线方向呈倾斜。

14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于：所述盘体(22)支撑着一圆形的环圈(46)，所述环圈上具有：用于容纳所述管体(24)的容座，这些容座绕所述盘体的转动中心均匀地分布；一盖板(42)，其用于将所述管体(24)保持在它们的容座内；用于使所述盖板(42)贴靠着所述盘体的装置(44)；以及用于对所述盖板(42)执行角度定位、并将所述盖板(42)锁定在其管体保持位置的装置(48)。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于：被放置在所述盘体(22)上的所述盖板(42)与所述盘体(22)一起形成一密闭的腔室(44)，所述腔室包括用于与一真空源相连接的装置。

16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于：用于与所述真空源相连接的装置构成用于阻止所述盘体(22)绕其自身轴线旋转的装置。

17.根据权利要求14到16中任一项所述的设备，其特征在于：用于对所述盖板执行角度定位和锁定的装置是弹性的卡扣型紧固凸爪(48)。

18.根据权利要求14到17中任一项所述的设备，其特征在于：在所述盖板与所述管体(24)的顶部之间插置一弹性体材料或类似物的环带(50)，并密封地封闭所述环圈(46)的容座，在所述容座中容纳所述管体(24)。

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