本文關(guān)鍵詞：一種離心式高加速度加載機的研制

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【摘要】：隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展,高加速度環(huán)境對生物體的力學生物學影響越來越受到重視,研究表明高加速度對器官、組織、細胞和分子水平都有影響。而對于高加速度環(huán)境模擬,航天航空部門有高加速度加載的專用設備,例如垂直落塔和載人離心機等。但對于一般實驗室,高加速度環(huán)境對生物體的力學生物學影響的研究缺乏條件。實驗室內(nèi),普通離心機功能主要是用于離心分離和樣品制備,可用于細胞加載的離心機甚少,特別是針對貼壁細胞加載的更少,現(xiàn)存的離心機已經(jīng)無法滿足目前的實驗要求。本文根據(jù)目前普通離心機和細胞培養(yǎng)環(huán)境,針對貼壁細胞離心加載設計了一種體積小、噪音低、安全性能高的新型離心加載裝置。本課題研制了用于貼壁細胞加載的離心式高加速度加載機,并且還設計了角度可調(diào)式轉(zhuǎn)子。首先,分析了國內(nèi)外高加速加載裝置的結(jié)構(gòu)形式和工作原理,總結(jié)了它們在應用時的優(yōu)點和缺點,結(jié)合本課題實驗要求,確定設計指標,即離心加載機要實現(xiàn)0-40g的恒加速度加載和0-0.8g/s的變加速度加載,并制定了本離心加載機的設計方案。然后,建立機身結(jié)構(gòu)的三維模型,選擇旋轉(zhuǎn)電機等零部件。對于離心式高加速度加載機轉(zhuǎn)子,其特點是可以對培養(yǎng)板和培養(yǎng)瓶直接進行加載,先利用SolidWorks建立三維模型,再利用ANSYS有限元分析軟件對離心式高加速度加載機轉(zhuǎn)子進行有限元分析,在確定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)滿足強度和安全性要求后,進行加工制造。在使用轉(zhuǎn)子時,對培養(yǎng)板和培養(yǎng)瓶進行裝夾前,培養(yǎng)板和培養(yǎng)瓶要裝滿培養(yǎng)液,防止加載時貼壁細胞與培養(yǎng)液之間存在氣泡,影響加載效果。而且,培養(yǎng)板要密封且用夾板夾緊,培養(yǎng)瓶擰緊瓶蓋,以免造成培養(yǎng)液泄漏。然后,要對密封的培養(yǎng)板和培養(yǎng)瓶進行配平,保證轉(zhuǎn)子對稱兩側(cè)質(zhì)量分布均勻。而角度可調(diào)式轉(zhuǎn)子根據(jù)角度不同可以進行恒加速度和梯度加載,并且可以用于動物離心加載,同樣,先利用SolidWorks建立三維模型,確定轉(zhuǎn)子在功能上的可行性,再利用ANSYS Workbench對角度可調(diào)式轉(zhuǎn)子不同角度進行有限元仿真分析,分析其在各角度的應力、應變情況,分析表明轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)滿足強度和安全性要求。本課題將機械設計與生物力學相結(jié)合,設計的離心加載裝置可用于高加速度加載下細胞的力學生物學研究。這種新型離心加載裝置的研究,為細胞離心加載提供了一種方便的方法,也為高校、公司及科研單位等在離心加載方面的研究提供了一種新途徑。
【關(guān)鍵詞】：高加速度 離心加載機 力學生物學 有限元分析 轉(zhuǎn)子
【學位授予單位】：天津理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V416.8
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 課題研究的目的和意義11-12
• 1.2 高加速度加載裝置的研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.2 目前國內(nèi)外研究所存在的問題15-16
• 1.3 本課題的研究內(nèi)容和創(chuàng)新之處16-18
• 1.3.1 本課題的研究內(nèi)容16
• 1.3.2 創(chuàng)新之處16-18
• 第二章 離心式加載機結(jié)構(gòu)設計18-25
• 2.1 離心機的原理及分類18-19
• 2.1.1 離心機的原理18
• 2.1.2 離心機的分類18-19
• 2.2 航空航天對離心機設計的性能要求19-20
• 2.2.1 離心機對航天技術(shù)的影響19
• 2.2.2 離心機設計的規(guī)定19-20
• 2.2.3 離心機常用參數(shù)20
• 2.3 離心式高加速度加載機的設計要求和技術(shù)指標20-21
• 2.3.1 離心式高加速度加載機的設計要求20
• 2.3.2 離心式高加速度加載機的技術(shù)指標20
• 2.3.3 離心式高加速度加載機的技術(shù)路線20-21
• 2.4 離心式高加速度加載機的機身設計21-22
• 2.5 零部件的選擇22-24
• 2.5.1 電機的選擇22-23
• 2.5.2 聯(lián)軸器的選擇23-24
• 2.6 本章小結(jié)24-25
• 第三章 離心式高加速度加載機轉(zhuǎn)子的研制25-34
• 3.1 離心機轉(zhuǎn)子及分類25
• 3.2 離心式高加速度加載機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設計25-28
• 3.2.1 離心式高加速度加載機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和工作原理26-27
• 3.2.2 離心式高加速度加載機轉(zhuǎn)子的使用27-28
• 3.3 離心式高加速度加載機轉(zhuǎn)子的離心特性28-29
• 3.4 離心式高加速度加載機轉(zhuǎn)子強度的實驗驗證29-32
• 3.4.1 培養(yǎng)板和培養(yǎng)瓶的密封29-31
• 3.4.2 培養(yǎng)板和培養(yǎng)瓶的在轉(zhuǎn)子內(nèi)的裝夾31
• 3.4.3 培養(yǎng)板和培養(yǎng)瓶的加載31-32
• 3.4.4 加載實驗結(jié)果32
• 3.5 本章小結(jié)32-34
• 第四章 離心式高加速度加載機轉(zhuǎn)子的有限元仿真分析34-41
• 4.1 ANSYS軟件簡介34
• 4.2 有限元模型的建立34-37
• 4.2.1 有限元建模原則34-35
• 4.2.2 在ANSYS中建立有限元模型35-36
• 4.2.3 網(wǎng)格劃分36-37
• 4.2.4 施加載荷及約束37
• 4.2.5 后處理37
• 4.3 仿真結(jié)果與分析37-38
• 4.3.1 平衡狀態(tài)下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)仿真結(jié)果分析37-38
• 4.3.2 危險工況下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)仿真結(jié)果分析38
• 4.4 危險工況下旋轉(zhuǎn)軸的靜力學驗證38-40
• 4.5 本章小結(jié)40-41
• 第五章 離心式高加速度加載機角度可調(diào)式轉(zhuǎn)子的設計41-46
• 5.1 離心式高加速度加載機角度可調(diào)式轉(zhuǎn)子的設計要求和技術(shù)路線41-42
• 5.1.1 離心式高加速度加載機角度可調(diào)式轉(zhuǎn)子的設計要求41
• 5.1.2 離心式高加速度加載機角度可調(diào)式轉(zhuǎn)子的技術(shù)路線41-42
• 5.2 離心式高加速度加載機角度可調(diào)式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設計42-44
• 5.2.1 離心式高加速度加載機角度可調(diào)式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設計42-43
• 5.2.2 離心式高加速度加載機角度可調(diào)式轉(zhuǎn)子的工作原理43-44
• 5.2.3 離心式高加速度加載機角度可調(diào)式轉(zhuǎn)子的離心特性44
• 5.3 齒輪的選擇44-45
• 5.4 本章小結(jié)45-46
• 第六章 離心式高加速度加載機角度可調(diào)式轉(zhuǎn)子的有限元仿真分析46-53
• 6.1 研究中使用軟件介紹46
• 6.1.1 SolidWorks軟件簡介46
• 6.1.2 ANSYS Workbench軟件簡介46
• 6.2 主要結(jié)構(gòu)的有限元分析46-51
• 6.2.1 主要結(jié)構(gòu)的有限元模型46-47
• 6.2.2 仿真結(jié)果與分析47-51
• 6.3 本章小結(jié)51-53
• 第七章 總結(jié)與展望53-55
• 7.1 全文總結(jié)53
• 7.2 前景展望53-55
• 參考文獻55-58
• 發(fā)表論文和科研情況說明58-59
• 致謝59-60

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本文編號：861495