高速離心機(jī)的減振與撓性系統(tǒng)
2009-05-20
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長(zhǎng)期以來的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)以及我們?cè)谑酆蠓?wù)中碰到的引起高速離心機(jī)振動(dòng)的因素很多。離心機(jī)的振動(dòng)是衡量離心機(jī)性能優(yōu)劣的重要標(biāo)志之一。通常，減振可采取主動(dòng)減振和被動(dòng)減振二種方法。主動(dòng)減振就是在設(shè)計(jì)中將離心機(jī)的工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)避開旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速（實(shí)驗(yàn)室用高速離心機(jī)一般均將臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于工作轉(zhuǎn)速）。另外，在轉(zhuǎn)子加工過程中一定要進(jìn)行動(dòng)平衡。被動(dòng)減振就是以各種型式的減振器將可能產(chǎn)生的振動(dòng)與機(jī)架和基礎(chǔ)隔開。
一般在離心機(jī)設(shè)計(jì)中， 主動(dòng)減振和被動(dòng)減振是同時(shí)應(yīng)用的對(duì)高速離心機(jī)而言，一般可在三個(gè)部位考慮減振； （1）將主軸軸承座設(shè)計(jì)成撓性減振型式； （2）主軸與電機(jī)之間以撓性聯(lián)接； （3）整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)架撓性聯(lián)接。
橡膠減振器一般即可滿足高速離心機(jī)的減振要求。在減振器結(jié)構(gòu)已定的情況下， 橡膠硬度越大， 系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速就越高。硬度太低的減振器， 強(qiáng)度不能滿足要求， 容易損壞。
除以上三部位采用撓性減振型式外， 轉(zhuǎn)頭和主軸之間還可采用彈性接合，美國索瓦公司生產(chǎn)~RC- z型高速冷凍離心機(jī)的主軸和轉(zhuǎn)頭之間有一層硅橡膠（SiliconeRubbet），它可進(jìn)一步吸收振動(dòng)。各種減振措施除起到隔振作用外， 還使旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速下降，從而使工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)避開臨界轉(zhuǎn)速。這就是為什么有些高速離心機(jī)主軸很粗， 也不很長(zhǎng)， 而整個(gè)系統(tǒng)仍工作在臨界轉(zhuǎn)速之上。
實(shí)驗(yàn)室用高速離心機(jī)的軸有二種。一種軸細(xì)長(zhǎng)， 本身就有較大的撓性， 因而能自動(dòng)調(diào)心。另一種軸較粗短， 軸本身的彎曲撓度很小， 但層層減振器仍使系統(tǒng)的工作轉(zhuǎn)速在臨界轉(zhuǎn)速之上， 所以系統(tǒng)仍為撓性系統(tǒng)。雖然同樣是撓性系統(tǒng)，但細(xì)長(zhǎng)撓性軸和剛性較大的軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的區(qū)別在于；細(xì)長(zhǎng)撓性軸的自動(dòng)對(duì)中主要是通過軸的彎曲來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞著它的質(zhì)心旋轉(zhuǎn)， 而剛性較大的軸則是通過整個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中各部件的撓性相對(duì)位移來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)中的。
基于此，我們認(rèn)為較細(xì)長(zhǎng)的軸應(yīng)選用彈簧鋼，較短粗的軸應(yīng)選用調(diào)質(zhì)臺(tái)金鋼較為合理。
美國 2—21型、東德VACZ5型、日立20PR-52D型離心機(jī)的主軸屬于前一種情況， 即為細(xì)長(zhǎng)、撓性較大的軸， 而上海生化所的20000rpm高速離心機(jī)和北京生物物理所的高速離心機(jī)的主軸均屬于第二種情況， 即為剛性較大的軸。主軸的直徑和長(zhǎng)度取決于離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)需要的功率和儀器的結(jié)構(gòu)型式， 但主要取決于功率要求。 因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室用高速離心機(jī)的軸系結(jié)構(gòu)是大同小異的。美國J2－3型、東德VAC2 5型離心機(jī)抽r局部真空。因而軸為典型的細(xì)長(zhǎng)撓性軸。而上海生化所和北京生物物理所的離心機(jī)來抽真空， 消耗功率較大。因而選用粗短而剮性較大的軸。
主軸確定之后，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的橈性不足可通過關(guān)振器來彌補(bǔ)。所以， 孤立地講主軸本身是剛性的還是撓性的是沒有意義的。系統(tǒng)本身是否撓性，不僅取決于軸本身的撓性，也取決于各種減振裝置的撓性和安裝方式。因而，嚴(yán)格地說，在高速離心機(jī)中，提撓性軸和剛性軸這個(gè)概念似乎是不妥的，而應(yīng)以是否撓性旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)來區(qū)分。
一般在離心機(jī)設(shè)計(jì)中， 主動(dòng)減振和被動(dòng)減振是同時(shí)應(yīng)用的對(duì)高速離心機(jī)而言，一般可在三個(gè)部位考慮減振； （1）將主軸軸承座設(shè)計(jì)成撓性減振型式； （2）主軸與電機(jī)之間以撓性聯(lián)接； （3）整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)架撓性聯(lián)接。
橡膠減振器一般即可滿足高速離心機(jī)的減振要求。在減振器結(jié)構(gòu)已定的情況下， 橡膠硬度越大， 系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速就越高。硬度太低的減振器， 強(qiáng)度不能滿足要求， 容易損壞。
除以上三部位采用撓性減振型式外， 轉(zhuǎn)頭和主軸之間還可采用彈性接合，美國索瓦公司生產(chǎn)~RC- z型高速冷凍離心機(jī)的主軸和轉(zhuǎn)頭之間有一層硅橡膠（SiliconeRubbet），它可進(jìn)一步吸收振動(dòng)。各種減振措施除起到隔振作用外， 還使旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速下降，從而使工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)避開臨界轉(zhuǎn)速。這就是為什么有些高速離心機(jī)主軸很粗， 也不很長(zhǎng)， 而整個(gè)系統(tǒng)仍工作在臨界轉(zhuǎn)速之上。
實(shí)驗(yàn)室用高速離心機(jī)的軸有二種。一種軸細(xì)長(zhǎng)， 本身就有較大的撓性， 因而能自動(dòng)調(diào)心。另一種軸較粗短， 軸本身的彎曲撓度很小， 但層層減振器仍使系統(tǒng)的工作轉(zhuǎn)速在臨界轉(zhuǎn)速之上， 所以系統(tǒng)仍為撓性系統(tǒng)。雖然同樣是撓性系統(tǒng)，但細(xì)長(zhǎng)撓性軸和剛性較大的軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的區(qū)別在于；細(xì)長(zhǎng)撓性軸的自動(dòng)對(duì)中主要是通過軸的彎曲來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞著它的質(zhì)心旋轉(zhuǎn)， 而剛性較大的軸則是通過整個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中各部件的撓性相對(duì)位移來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)中的。
基于此，我們認(rèn)為較細(xì)長(zhǎng)的軸應(yīng)選用彈簧鋼，較短粗的軸應(yīng)選用調(diào)質(zhì)臺(tái)金鋼較為合理。
美國 2—21型、東德VACZ5型、日立20PR-52D型離心機(jī)的主軸屬于前一種情況， 即為細(xì)長(zhǎng)、撓性較大的軸， 而上海生化所的20000rpm高速離心機(jī)和北京生物物理所的高速離心機(jī)的主軸均屬于第二種情況， 即為剛性較大的軸。主軸的直徑和長(zhǎng)度取決于離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)需要的功率和儀器的結(jié)構(gòu)型式， 但主要取決于功率要求。 因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室用高速離心機(jī)的軸系結(jié)構(gòu)是大同小異的。美國J2－3型、東德VAC2 5型離心機(jī)抽r局部真空。因而軸為典型的細(xì)長(zhǎng)撓性軸。而上海生化所和北京生物物理所的離心機(jī)來抽真空， 消耗功率較大。因而選用粗短而剮性較大的軸。
主軸確定之后，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的橈性不足可通過關(guān)振器來彌補(bǔ)。所以， 孤立地講主軸本身是剛性的還是撓性的是沒有意義的。系統(tǒng)本身是否撓性，不僅取決于軸本身的撓性，也取決于各種減振裝置的撓性和安裝方式。因而，嚴(yán)格地說，在高速離心機(jī)中，提撓性軸和剛性軸這個(gè)概念似乎是不妥的，而應(yīng)以是否撓性旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)來區(qū)分。
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