試驗用凍干顯微鏡的設計論文[帶圖紙]

1、<p>　　本科畢業(yè)設計(論文)</p><p>　　題目：試驗用凍干顯微鏡的設計 </p><p>　　系 別： 機電信息系 </p><p>　　專 業(yè)：機械設計制造及其自動化</p><p>　　班 級： </p><p>　　學 生：

2、 </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　2013年5月</b></p><p>　　試驗用凍干顯微鏡的設計</p><p><b>　　摘 要</b

3、></p><p>　　顯微鏡是最常用的助視光學儀器，且常被組合在其他光學儀器中。顯微鏡作為金相、醫(yī)學和化學分析的常用儀器，廣泛地應用在工廠、醫(yī)院的檢驗分析室，研究所、高校及中學的實驗室。因此，了解并掌握它的構造原理和調整方法，了解并掌握其放大率的概念和測量方法，不僅有助于加深理解透鏡的成像原理，也有助于正確使用其他光學儀器。其原理和機構是集精密設計、工程光學于一體的儀器設備。一個完整的顯微鏡系統(tǒng)設計是十分

4、復雜的，涉及到光學設計、機械設計、電路設計等多方面知識。</p><p>　　真空冷凍干燥技術發(fā)展到今天，已在許多領域得到成功應用。但與其它干燥方法相比，設備投資依然較大、能源消耗及產品成本依然較高，限制了該技術的進一步發(fā)展。因此，如何在確保產品質量的同時，實現(xiàn)節(jié)能降耗，降低生產成本是真空冷凍干燥技術當前面臨的最主要的問題。另外，由于凍干機所使用場所的特殊性，設備要求十分苛刻，運行環(huán)境惡劣，這都對凍干機的運行可靠

5、性、合理性、方便性提出了更高的要求。新技術、新標準、新法規(guī)的出臺，都對凍干技術提出了更多的要求。</p><p>　　本設計由于世界上沒有成品說以主要涉及冷凍干燥參數(shù)和便于觀察冷宮干燥過程的設計。</p><p>　　關鍵字：凍干顯微鏡、冷凍干燥技術</p><p>　　Designed by freeze-drying microscopy test</p&

6、gt;<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Microscope is the most commonly used visual optical instruments, and are often combined in other optical instruments. As metallographic microscope, medici

7、ne and chemical analysis of commonly used instruments, widely used in factories, hospitals, inspection, research institutes, colleges and middle school's laboratory. Therefore, understand and grasp its structure prin

8、ciple and adjust method of understanding and mastering its magnification concept and measurement method, not only helps to deepen </p><p>　　Vacuum freeze drying technology development today, has been success

9、fully applied in many fields. But compared with other drying methods, the equipment investment is still large, energy consumption and product cost is higher, limiting the further development of the technology. Therefore,

10、 how to ensure the quality of products at the same time, to realize saving energy and reducing consumption, reduce the production cost is vacuum freeze drying technology facing the main problem. In addition, due t</p&

11、gt;<p>　　This design because there is no product said to mainly relates to freeze drying parameters and easy to observe the design limbo drying process in the world.</p><p>　　Key words: freeze-dried m

12、icroscope freeze-drying technology </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　1.1設計背景1</b></p><p>　　1.2凍干顯微鏡現(xiàn)狀2<

13、;/p><p>　　1.3凍干顯微鏡應用2</p><p><b>　　1.4設計內容3</b></p><p>　　2 凍干顯微鏡的工作原理設計4</p><p>　　2.1凍干基本原理4</p><p>　　2.2凍干顯微鏡的基本原理及組成4</p><p>　

14、　2.3凍干顯微鏡工作過程5</p><p>　　2.4 凍干顯微鏡的主要技術參數(shù)5</p><p>　　3 凍干顯微鏡結構設計9</p><p>　　3.1 真空室設計9</p><p>　　3.1.1 真空室室體強度計算9</p><p>　　3.1.2 密封系統(tǒng)結構設計10</p>&

15、lt;p>　　3.1.3 凍干顯微鏡鏡頭的設計11</p><p>　　3.2 凍干顯微鏡傳動機構11</p><p>　　3.2.1 工作臺調整的傳動機構計算11</p><p>　　3.2.2 載物臺橫縱向運動距離14</p><p>　　3.3 凍干顯微鏡冷阱設計15</p><p>　　3.3

16、.1對冷阱的要求15</p><p>　　3.3.2冷阱的結構設計15</p><p>　　3.3.3水汽凝結器所需的制冷量和蒸發(fā)溫度16</p><p>　　3.3.4結冰厚度、冰表面對應的溫度和壓力17</p><p>　　3.3.5物料凍干的加熱系統(tǒng)設計18</p><p>　　3.3.6加熱系統(tǒng)參數(shù)設

17、計計算18</p><p>　　4 載物臺的設計19</p><p>　　4.1載物臺的技術要求19</p><p>　　4.2載物臺的設計19</p><p>　　4.3載物臺的檢驗19</p><p>　　5 結論與展望22</p><p><b>　　5.1 結論

18、22</b></p><p><b>　　5.2展望22</b></p><p><b>　　參考文獻23</b></p><p><b>　　致 謝24</b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性25</p><p>　　

19、畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1設計背景</b></p><p>　　顯微鏡是最常用的助視光學儀器，且常被組合在其他光學儀器中。顯微鏡作為金相、醫(yī)學和化學分析的常用儀器，廣泛地應用在工廠、醫(yī)院的檢驗分析室，研究所、高校及中學

20、的實驗室。因此，了解并掌握它的構造原理和調整方法，了解并掌握其放大率的概念和測量方法，不僅有助于加深理解透鏡的成像原理，也有助于正確使用其他光學儀器。其原理和機構是集精密設計、工程光學于一體的儀器設備。一個完整的顯微鏡系統(tǒng)設計是十分復雜的，涉及到光學設計、機械設計、電路設計等多方面知識。又稱升華干燥。將含水物料冷凍到冰點以下，使水轉變?yōu)楸缓笤谳^高真空下將冰轉變?yōu)檎魵舛サ母稍锓椒?。物料可先在冷凍裝置內冷凍，再進行干燥。但也 可直接

21、在干燥室內經迅速抽成真空而冷凍。升華生成的水蒸氣借冷凝器除去。升華過程中所需的汽化熱量，一般用熱輻射供給。其主要優(yōu)點是：（1）干燥后的物料 保持原來的化學組成和物理性質（如多孔結構、膠體性質等）；（2）熱量消耗比其他干燥方法少。缺點是費用較高，不能廣泛采用。用于干燥抗生素、蔬菜和水果等。含水的生物樣品，經過冷凍固定，在低溫高真空的條件下使樣品中的水分由冰直接升華達到干燥的目的，在干燥的過程中不受表面張力</p><p

22、>　　高溫度閉。因此仍然需要用凍干顯微臺準確確定產品的塌陷溫度。</p><p>　　1.2凍干顯微鏡現(xiàn)狀</p><p>　　目前，我國真空冷凍干燥設備趨于完善，但與發(fā)達國家相比，該技術基礎理論的研究顯得滯后和薄弱，阻礙了技術應用水平的提高。因此，研究的重點正向這方面轉移。目前，研究的焦點集中在真空冷凍干燥的物性參數(shù)及其影響因素、過程參數(shù)、過程機理和模型、過程優(yōu)化控制等的研究。真空

23、冷凍干燥技術的基本參數(shù)包括物性參數(shù)和過程參數(shù)，它們是實現(xiàn)真空冷凍干燥過程的基礎。這些數(shù)據(jù)的缺乏會使干燥過程難以實現(xiàn)針對原料的優(yōu)化，不能充分發(fā)揮系統(tǒng)效率。物性參數(shù)指物料的導熱系數(shù)、 傳遞系數(shù)等。這方面的研究內容包括物性參數(shù)數(shù)據(jù)的測定及測定方法，以及環(huán)境條件壓強、溫度、相對濕度和物料顆粒取向等對物性參數(shù)的影響。過程參數(shù)包括冷 凍、供熱和物料形態(tài)等有關參數(shù)。對冷凍過程的研究意在為系統(tǒng)找到最優(yōu)冷凍曲線。供熱過程的研究則集中在兩方面：一是對原料載

24、體的改良；二是加熱方式(傳熱 方式和供熱熱源)的選擇。確定恰當?shù)奈锪闲螒B(tài)也是重要的研究內容，它包括原料的顆粒形態(tài)和料層厚度等。從熱量傳遞和質量傳遞入手研究真空冷凍干燥的機理，并建立相應的數(shù)學模型，有助于找出過程的影響因素，預測時間、溫度蒸汽壓強的分布狀況。目前的研究主要限于均質液相，并提出了一些數(shù)學模</p><p>　　1.3凍干顯微鏡應用</p><p>　　它在醫(yī)學上有廣泛的用途，如

25、觀察齒、骨、頭發(fā)、及活細胞等的結晶內含物、神經纖維、動物肌肉、植物纖維等的結構細節(jié)，分析變性過程。也可以觀察無機化學中各種鹽類的結晶狀況在自然光看不到的精細結構。配有高精度的加熱臺,主要在教學和實驗室. 冷凍干燥的過程對凍干藥品和食品的質量會產生極大的影響，而國內外目前在這方面的研究較少。冷凍干燥過程包括冷凍過程和干燥過程，冷凍過程主要與保護劑及其濃度、降溫速率、玻璃化和反玻璃化有關；而干燥過程與冷凍過程有著密切聯(lián)系，因此保護劑及其濃度

26、、降溫速率、玻璃化和反玻璃化也將對干燥過程有影響。同時，干燥過程還與加熱溫度、冷阱溫度、凍干室真空度有關。本項目以研究冷凍過程和干燥過程的影響因素為主線，為優(yōu)化冷凍過程和干燥過程，提高現(xiàn)代藥品和食品的品質，和縮短生產周期、節(jié)約能耗，提供理論和技術基礎[4]。</p><p><b>　　1.4設計內容</b></p><p>　　首先要了解傳統(tǒng)顯微鏡的設計，傳統(tǒng)顯微鏡

27、的實際包括：第一步，要根據(jù)顯微鏡的使用要求來進行顯微鏡選型設計。顯微鏡已經有幾百年的發(fā)展歷史，根據(jù)不同的使用要求顯微鏡的各種參數(shù)有非常大的差異。第二步，選好形式之后，初步選擇它的外形尺寸和放大倍率、分辨率等主要參數(shù)。這一步在一般大學里的工程光學或者應用光學課程中都可以學到。根據(jù)消色差程度的不同分為消色差物鏡、平場消色差物鏡、平場半復消色差物鏡和平場復消色差物鏡等4種。顯微目鏡相對物鏡的結構要簡單很多，主要分為惠更斯目鏡、平場目鏡、廣視場

28、目鏡、超廣視場目鏡等多種形式。第三步，詳細設計物鏡、目鏡以及其它附屬結構的光學系統(tǒng)?，F(xiàn)代光學設計一般都使用各種光學設計軟件，自動化程度大大提高，減輕了設計人員的勞動量。第四步，設計顯微鏡的機械結構。金相顯微鏡的工作原理是借助于物鏡和目鏡通過光學系統(tǒng)放大得像，其放大倍數(shù)是目鏡與物鏡放大倍數(shù)的乘積。設計時機械設計手冊，和光學精密儀器設計手冊等參考書是少不了的，尤其是目鏡和物鏡的機械裝配問題，涉及到很精密的結構。第五步，進行調光、自動調焦、自

29、動工作臺和計算機控制等設計。第六步，軟件設計。有些顯微圖像需要進行圖像處理和專業(yè)軟</p><p>　　然后要了解冷凍干燥技術，冷凍干燥法不同于傳統(tǒng)的干燥方法，產品的干燥基本上在0℃以下的溫度進行，即在產品凍結的狀態(tài)下進行，直到后期，為了進一步降低產品的殘余水份含量，才讓產品升至0℃以上的溫度，但一般不超過40℃。冷凍干燥就是把含有大量水分物質，預先進行降溫凍結成固體，然后在真空的條件下使水蒸汽直接升華出來，而物

30、質本身剩 留在凍結時的冰架中，因此它干燥后體積不變，疏松多孔在升華時要吸收熱量。引起產品本身溫度的下降而減慢升華速度，為了增加升華速度，縮短干燥時間，必須 要對產品進行適當加熱。整個干燥是在較低的溫度下進行的。</p><p>　　最后就是凍干顯微鏡的結構設計，包括凍干顯微鏡的冷阱物料凍干與加熱系統(tǒng)設計。冷阱就是冷凍系統(tǒng)部分，由制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、和控制系統(tǒng)四個主要部分組成。按結構分，由凍干箱或稱干燥箱

31、、冷凝器或稱水汽凝集器、冷凍機、真空泵和閥門、電氣控制元件等組成。</p><p>　　2 凍干顯微鏡的工作原理設計</p><p><b>　　2.1凍干基本原理</b></p><p>　　又稱升華干燥。將含水物料冷凍到冰點以下，使水轉變?yōu)楸?，然后在較高真空下將冰轉變?yōu)檎魵舛サ母稍锓椒āＮ锪峡上仍诶鋬鲅b置內冷凍，再進行干燥。但也 可直

32、接在干燥室內經迅速抽成真空而冷凍。升華生成的水蒸氣借冷凝器除去。升華過程中所需的汽化熱量，一般用熱輻射供給。其主要優(yōu)點是：（1）干燥后的物料 保持原來的化學組成和物理性質（如多孔結構、膠體性質等）；（2）熱量消耗比其他干燥方法少。缺點是費用較高，不能廣泛采用。用于干燥抗生素、蔬菜和水果等。</p><p>　　2.2凍干顯微鏡的基本原理及組成</p><p>　　凍干顯微鏡主要由真空室、顯

33、微鏡、凍干載物臺、水蒸氣捕集器、計算機、真空泵、制冷機構成。物品放置于真空室的凍干載物臺上，經制冷機制冷凍干時升華的水蒸氣由真空泵抽入水蒸氣捕集器中，顯微鏡觀察被觀察物的冷凍干燥過程經CCD圖像傳感器將圖像表現(xiàn)在計算機上。</p><p>　　圖2.1凍干顯微鏡原理圖</p><p>　　1.真空室 2.顯微鏡 3.水蒸氣捕集器 4.冷凝管 5.放水閥 6.蘑菇閥 7.真空管道閥 8.真空

34、泵 9.制冷機 10.閥門 11.換熱器 12.液氮罐 13.液氮閥門 14.調節(jié)閥 15.放氣閥 16.真空規(guī)管 17.CCD 18.壓力傳感器 19.視頻捕集器 20.溫度傳感器 21.電子稱 22.計</p><p><b>　　算機</b></p><p>　　2.3凍干顯微鏡工作過程坍塌溫度，采用凍干顯微鏡觀察，在物品凍結后，模擬凍干真空度條件下緩慢升溫

35、，冰層從邊緣向內升華干燥，出現(xiàn)分層時即可讀取坍塌溫度，當然該溫度可能與實際凍干略有出入，我一般采用的是苦辦法，少量產品進箱，既定預凍工藝凍結，考察正空度控制，升溫擱板，讀取產品溫度并記錄產品外觀，記錄產品出現(xiàn)分層痕線產品溫度，即可確定坍塌溫度范圍[3]。</p><p>　　共晶點、共熔點可通過DSC（即動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)）模擬凍干工藝升降溫條件測試，通過吸放熱峰的切點溫度可以讀取。</p><

36、p>　　若品種藥液存在玻璃化轉變溫度，一般該品種凍干難度較大，當然可以通過加入賦形劑等方式去除，但若不能添加賦形劑，一般可通過回熱凍結的方式提高甚至消失玻璃化轉變溫度，因玻璃化轉變是微觀狀態(tài)，必須通過DSC或凍干顯微鏡等精密儀器方可測定。</p><p>　　凍干過程涉及幾個關鍵參數(shù)：共晶點、共熔點、玻璃化轉變溫度、坍塌溫度。</p><p>　　一般情況，因藥液經0.22μm濾膜過

37、濾，藥液中晶核較少，降溫過程存在過冷，共晶點<共熔點（理想化情況下二者相等），玻璃化轉變溫度因品種而已，若存在，一般低于共熔點溫度，坍塌溫度一般接近玻璃化轉變溫度，而低于共熔點溫度。</p><p>　　凍干過程中，冷凍過程控制產品溫度低于共晶點溫度，保持一定時間。（慢凍、速凍、回熱處理等方式）。</p><p>　　主干燥階段，控制產品溫度低于塌陷溫度，即可得到優(yōu)質產品。（升華階段

38、只可以控制的就是擱板溫度和前箱真溫度）。</p><p>　　2.4 凍干顯微鏡的主要技術參數(shù)</p><p>　　在鏡檢時，人們總是希望能清晰而明亮的理想圖象，這就需要顯微鏡的各項光學技術參數(shù)達到一定的標準。并且要求在使用時，必須根據(jù)鏡檢的目的和實際情況來協(xié)調各參數(shù)的關系。只有這樣，才能發(fā)揮顯微鏡應有的性能，得到滿意的圖像。</p><p>　　顯微鏡的光學技術參

39、數(shù)包括：數(shù)值孔徑、分辨率、放大率、焦深、視場寬度、覆蓋差、工作距離等等。這些參數(shù)并不都是越高越好，它們之間是相互聯(lián)系又相互制約的，在使用時，應根據(jù)鏡檢的目的和實際情況來協(xié)調參數(shù)間的關系，但應以保證分辨率為準。1．數(shù)值孔徑　　數(shù)值孔徑簡寫NA，數(shù)值孔徑是物鏡和聚光鏡的主要技術參數(shù)，是判斷兩者（尤其對物鏡而言）性能高低的重要標志。其數(shù)值的大小，分別標刻在物鏡和聚光鏡的外殼上?！　?shù)值孔徑（NA）是物鏡前透鏡與被檢物體之間介質的折射率（

40、n）和孔徑角（u）半數(shù)的正弦之乘積。用公式表示如下：NA=nsinu/2　　孔徑角又稱"鏡口角"，是物鏡光軸上的物體點與物鏡前透鏡的有效直徑所形成的角度。孔徑角越大，進入物鏡的光通亮就越大，它與物鏡的有效直徑成正比，與焦點的距離成反比?！　★@微鏡觀察時，若想增大NA值，孔徑角是無法增大的，唯一的辦法是增大介質的折射率n值?；谶@一原理，就產生了水浸物鏡和油浸物鏡，因介質的折射率n值大于1，NA值就能大于1?！　?/p>

41、數(shù)值孔徑最大值為1.4，這個數(shù)值在理論上和技術上都達到了極限。目前，有用折射率高的溴萘作介質，溴萘的折射率為1.66,所以</p><p>　　3 凍干顯微鏡結構設計</p><p><b>　　3.1 真空室設計</b></p><p>　　3.1.1 真空室室體強度計算</p><p>　　真空室的外形近似為一長方體

42、，外形尺寸為510×370×270mm?？砂捶€(wěn)定條件計算，其壁厚為：</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　式中：S0一筒箱體計算壁厚，mm；</p><p>　　Di一圓筒內徑，mm；</p><p>　　P一外壓涉及壓力，MPa；</p><p&g

43、t;　　L一圓筒計算長度，mm，通常是相鄰兩加強筋之間長度；</p><p>　　Ei一材料溫度為t時的彈性模量，Mpa；</p><p>　　圓筒的實際壁厚為：S=S0+C (3-2)</p><p>　　式中：C一壁厚附加量，mm?？捎霉紺= C1+C2+C3計算得到。</p><p&g

44、t;　　C1—鋼板的最大負公差附加量，一般情況下取C==0.5mm；</p><p>　　C2一腐蝕裕度，在凍干機中，一般取C2=lmm；</p><p>　　C3一封頭沖壓時的拉伸減薄量，一般取計算值的10%，且不大于4mm，不經沖壓的封頭取C3=0；</p><p>　　式3一l)的使用條件是：材料泊松系數(shù)μ=0.3；；0.4 ，</p><

45、p>　　一般之值大于5時，可設計加強圈。建議設計加強圈不大于5時，為了減少壁厚亦本設計中取：圓筒內徑：700 mm；</p><p>　　外壓設計壓力：0.1MPa；</p><p>　　圓筒計算長度：940mm；</p><p>　　不銹鋼在—20℃時的彈性模量： 1.99x105MPa；</p><p><b>　　C1=

46、0.5mm；</b></p><p>　　C2=1mm； </p><p><b>　　C3=4mm：</b></p><p><b>　　μ=0.3；</b></p><p><b>

47、　　L/D=1.34；</b></p><p>　　0.4 =0.0035， (0.523為參考值)</p><p>　　則：圓筒箱壁的計算厚度為：1.5mm；</p><p>　　壁厚附加量為：3.5mm；</p><p>　　圓筒箱壁的實際厚度為：5 mm。</p><p>　　真空室下面由4個1Cr1

48、8Ni9Ti的支腳焊接而成。在工作的過程中，真空箱通過四個支腳固定，其內部處于真空狀態(tài)。</p><p>　　由于真空箱使用前，在大約1小時內由常壓抽為真空，因此可以認為真空箱處于靜載作用下，外壓為1Pa。</p><p>　　工作中真空箱四個腳固定，這樣其約束采用在四個節(jié)點約束6個自由度。</p><p>　　根據(jù)壓力容器的相關規(guī)范，取安全系數(shù)n=2.0，則許用抗

49、拉強度為：</p><p>　　[σ]=960/20=480MPa</p><p>　　表3.1真空箱材料參數(shù)</p><p>　　3.1.2 密封系統(tǒng)結構設計</p><p>　　本設計密封系統(tǒng)由手輪調緊關閉，為保證其密封性密封圈采用聚四氯乙烯為材料。旋轉手輪使軸頂緊半月形密封門以達到密封效果。效果如圖：</p><p&

50、gt;<b>　　圖3.1密封系統(tǒng)</b></p><p>　　3.1.3 凍干顯微鏡鏡頭的設計</p><p>　　在凍干過程中水分子的升華會使鏡頭蒙上一層霧氣，所以在鏡頭處纏上一圈電熱阻絲，在電熱阻絲的影響下霧氣會再變回液態(tài)水，而被捕水器收集不會影響觀測。結構如圖：</p><p>　　圖3.2鏡頭的設計圖</p><p

51、>　　3.2 凍干顯微鏡傳動機構</p><p>　　3.2.1 工作臺調整的傳動機構計算</p><p>　　本次設計根據(jù)實際需求。主要設計其機械傳動部分，為此我們選用齒輪傳動，是因為是在所有機械傳動機構中齒輪使用的最多，相對于其他機械傳動機構，齒輪傳動具有以下特點：</p><p>　　1.瞬時傳動比恒定。</p><p>　　2

52、.傳動比范圍大，可用于減速或增速。</p><p>　　3.速度（指節(jié)圓圓周速度）和傳遞功率的范圍大，可用于高速（v>40m/s）、中速和低速（v<25m/s）的傳動；功率可從小于1W到100000KW.</p><p>　　4.傳動效率高，一對高精度的漸開線圓柱齒輪，效率可達99%以上。</p><p>　　5.結構緊湊，適用于近距離傳動。</p

53、><p>　　6.制造成本高，某些特殊齒輪或精度很高的齒輪，其制造工藝復雜，成本高。</p><p>　　7.精度不高的齒輪，傳動時噪聲、振動和沖擊大，污染環(huán)境。</p><p>　　8.無過載保護作用。</p><p>　　基于以上特點，本次3種預訂設計方案均采用齒輪傳動。3種傳動方案如下：</p><p>　　方案1：

54、粗調采用直齒錐齒輪傳動機構加手輪手動調整。</p><p>　　微調采用直齒圓柱輪傳動加手輪手動調整。</p><p>　　方案2：粗調選用滑動螺旋齒輪加手輪手動調整。</p><p>　　微調選用滑動螺旋齒輪傳動加手輪手動調整。</p><p>　　方案3：粗調采用圓柱斜齒輪傳動加手輪手動調整。</p><p>　　

55、微調采用圓柱直齒輪傳動加手輪手動調整。</p><p><b>　　1.傳動機構如圖：</b></p><p><b>　　圖3.3傳動機構</b></p><p><b>　　2.傳動機構簡圖：</b></p><p>　　圖3.4傳動機構簡圖</p><

56、p><b>　　3.齒輪的計算</b></p><p>　　因為此傳動機構分為兩個獨立部分，上下兩個主動輪在手輪轉動時，分別帶動直齒圓柱齒輪按兩個不同方向轉動，而且上下兩部分機構結構對稱，所以我在計算時只選取上部分傳動機構計算，同理可得下部分傳動機構。</p><p>　　首先，工作臺的調節(jié)是通過顯微鏡箱體外部的手輪轉動，從而帶動工作臺的轉動的，在這個過程中要改

57、變轉動方向，即主動輪的轉動方向與工作臺的轉動方向夾角90度。所以在傳動機構設計時，為了選擇錐齒輪，而且兩錐齒輪的軸線夾角為90度，來改變轉動方向同時配合直齒輪。由于工作臺要向兩個方向轉動，而且由不同的傳動機構控制，所以為滿足這個要求，工作臺選擇由直齒圓柱齒輪控制（結構如上傳動機構簡圖）。</p><p>　　3.1粗調直齒圓柱齒輪</p><p>　　根據(jù)工作臺的移動精度一般小于1mm，在

58、本設計中取1mm，即直齒圓柱齒輪每轉一個齒，工作臺移動1mm，于是：</p><p>　　綜合經濟性考慮，選擇齒數(shù)為Z4=30，模數(shù)為M4=1，壓力角α=20°，則直齒圓柱齒輪直徑為：D4=Z4*M4=30*1=30mm</p><p>　　齒頂高ha4=ha**M4=1*0.5=0.5mm</p><p>　　齒根高hf4=（ha*+c*）*M4=（1+

59、0.25）*0.5=0.625mm</p><p>　　齒全高h=ha4+hf4=0.5+0.625=1.125mm</p><p>　　齒頂圓直徑da4=（2ha*+Z4）*M4=32mm</p><p>　　齒根圓直徑df4=（Z4-2ha*-2c*）*M4=27.5*1=27.5mm</p><p>　　基圓直徑db=D4cosα=30

60、*0.94=28.2mm</p><p>　　齒距p=*M4=1*3.14=3.14mm</p><p>　　齒厚s=M4*/2=3.14*1/2=1.57mm</p><p>　　3.2微調直齒圓柱齒輪</p><p>　　選擇齒數(shù)為Z4=60，模數(shù)為M4=0.5，壓力角α=20°，則直齒圓柱齒輪直徑為： D4=Z4*M4=60

61、*0.5=30mm</p><p>　　齒頂高ha4=ha**M4=1*0.5=0.5mm</p><p>　　齒根高hf4=（ha*+c*）*M4=（1+0.25）*0.5=0.625mm</p><p>　　齒全高h=ha4+hf4=0.5+0.625=1.125mm</p><p>　　齒頂圓直徑da4=（2ha*+Z4）*M4=31.

62、25mm</p><p>　　齒根圓直徑df4=（Z4-2ha*-2c*）*M4=27.5*1=28.4mm</p><p>　　基圓直徑db=D4cosα=30*0.94=28.2mm</p><p>　　齒距p=*M4=0.5*3.14=1.57mm</p><p>　　齒厚s=M4*/2=3.14*0.5/2=0.785mm</p

63、><p><b>　　3.3錐齒輪的計算</b></p><p>　　為了減少加工難度，兩個圓錐齒輪1、2設計滿足同樣的參數(shù)，即齒數(shù)，模數(shù)相等。取錐齒輪的分度圓直徑為15，因為相對于直齒輪，錐齒輪需要更高的強度，所以模數(shù)取M1=0.6，齒數(shù)Z1=25。</p><p><b>　　分錐角δ=40°，</b></

64、p><p>　　齒頂高 ha1=ha**M1=0.6*1=0.6mm</p><p>　　齒根高hf1=（ha*+c*）*M1=1.25*0.6=0.75mm</p><p>　　分度圓直徑d=15mm</p><p>　　齒頂圓直徑da=d1+2hacosδ=15+2*0.5*0.77=15.8mm</p><p>　　

65、齒根圓直徑df=d1-2hfcosδ=15-2*0.75*0.77=13.8mm</p><p>　　分度圓齒厚s=M1*/2=0.6*3.14/2=0.94mm</p><p>　　當量齒數(shù)Zv=Z1/cosδ=32</p><p>　　3.4與錐齒輪同軸的直齒圓柱齒輪3的計算</p><p>　　因為直齒圓柱齒輪3與直齒圓柱齒輪4之間有相

66、對的滑動，所以，直齒圓柱齒輪3的齒根圓直徑應該大于錐齒輪的齒頂圓直徑。根據(jù)直齒圓柱齒輪的直徑齒根圓直徑df3=（Z3-2ha*-2c*）*M4>df1=15.8mm，模數(shù)取0.5，則Z>34，齒數(shù)取42，壓力角α=20°。</p><p>　　齒頂高ha3=ha**M3=1*0.5=0.5mm</p><p>　　齒根高hf3=（ha*+c*）*M3=（1+0.25）

67、*0.5=0.625mm</p><p>　　齒全高h=ha3+hf3=0.5+0.625=1.125mm</p><p>　　分度圓直徑D3=M3 *Z3=0.5*42=21mm</p><p>　　齒頂圓直徑da3=（2ha*+Z3）*M3=22mm</p><p>　　齒根圓直徑df3=（Z3-2ha*-2c*）*M4=41.5*0.5

68、=20.8mm</p><p>　　基圓直徑db=D3cosα=21*0.94=19.74mm</p><p>　　齒距p=*M3=0.5*3.14=1.57mm</p><p>　　齒厚s=M3*/2=3.14*0.5/2=0.785mm</p><p>　　3.2.2 載物臺橫縱向運動距離</p><p>　　將需

69、要觀測的物品放置在載物臺上，也叫凍干機械載物臺，是X軸Y軸雙向滾珠導軌臺板。</p><p>　　尺寸：95×148×29mm</p><p><b>　　橫向行程：45mm</b></p><p><b>　　縱向形成：55mm</b></p><p>　　讀數(shù)精度：0.1mm

70、</p><p><b>　　連接尺寸：Φ95</b></p><p>　　3.3 凍干顯微鏡冷阱設計</p><p>　　3.3.1對冷阱的要求</p><p>　　冷阱(cold trap；condensate trap)是在冷卻的表面上以凝結方式捕集氣體的阱。是置于真空容器和泵之間，用于吸附氣體或捕集油蒸汽的裝置

71、。</p><p>　　用物理或化學的方法來降低氣體和蒸汽混合物中有害成分分壓的裝置叫阱(或捕集器)。冷阱處理是一種冷卻裝置,用來收集某一熔點范圍內的物質.把一支U形管放在冷凍劑中,當氣體通過U形管時,熔點高的物質變成液體,熔點低的物質通過U形管,起到分離的作用。</p><p>　　冷阱蒸發(fā)的速率不僅受到攝入能量的影響，而且受到真空泵的泵速影響。較大的樣品蒸發(fā)表面積是影響真空泵效率的瓶頸

72、所在，而不是樣品容量和數(shù)量。更為有效的是使用冷阱，而不是用更大的真空泵。由于冷阱的使用，一方面有利于水蒸氣凝結，另一方面提高了有機溶劑蒸發(fā)密度，更易于凝結。</p><p>　　常用制冷劑有含冰鹽水、液氮、乙二醇等。在核化工中，冷阱(也稱冷凝器)是指在六氟化鈾生產過程中從含六氟化鈾、氟氣、氮氣、氧氣的混合氣體中冷凝收集六氟化鈾，使六氟化鈾與不凝氣(氟氣、氮氣等)分離的裝置。冷阱有內冷式和外冷式兩種，一般為間歇操作

73、。</p><p>　　本設計對冷阱的溫度要求為-50℃~25℃之間。可選用赫西冷阱，其參數(shù)為：</p><p>　　循環(huán)方式：密閉式循環(huán)</p><p>　　溫度設定范圍：常溫~-50℃</p><p><b>　　容量：4升</b></p><p>　　溫度調節(jié)精度：±1℃</

74、p><p>　　壓縮機冷媒：R404a</p><p>　　3.3.2冷阱的結構設計</p><p>　　冷阱是串聯(lián)于低溫再生及真空系統(tǒng)的管道上, 主要用于防止前級泵的返油,因此要求:</p><p>　　(1)冷阱的流導不小于同樣長度管道的流導;</p><p>　　(2)對低溫泵的返油率小于2×10- 8 g

75、/(cm2xh) , 或用四極質譜計分析殘余氣體時基本無油分子譜線;</p><p>　　(3)熱損失要小, 一次灌滿液氮后可連續(xù)工作幾小時;</p><p>　　(4)漏氣率小于5×10- 5 Pa.L/S。</p><p><b>　　冷阱的基本結構</b></p><p><b>　　圖3.5冷

76、阱示意圖</b></p><p>　　冷阱殼 2.膽外壁 3.膽內壁 4.進氣管 5.出氣管 6.障板</p><p>　　根據(jù)冷阱的用途和設計要求, 設計的冷阱如圖1所示。這種冷阱的基本類型屬于中心帶障板的冷阱, 其優(yōu)點是捕油性能好, 既能擋住一次束流, 又能防止油分子的爬移, 在內膽和上法蘭之間的薄壁筒, 作為表面油分子的爬移壘, 也用來阻擋從膽和外殼之間進入真空容器一端的

77、油分子。內腔凸起和使用人字型障板, 流導大。結構簡單, 冷阱的注液管和排氣管同時起支承內膽的作用, 操作費用、制造成本都較低, 是一種性能優(yōu)良的冷阱。</p><p>　　3.3.3水汽凝結器所需的制冷量和蒸發(fā)溫度</p><p><b>　　所需制冷量</b></p><p>　　所需制冷量與水汽凝結器的補水量和第一階段升華時間有關，對于相同

78、的隔板面積，若補水量少，要求的升華時間長，所需的制冷量少，按單位時間內最大升華水量計算：</p><p>　　單位時間內最大升華水量g：g=G/2*(1/2.5H)kg/h</p><p>　　試中：G為升華總水量，kg；H為升華總時間，h；</p><p>　　此試表明在1/4的升華時間內應升華總水量的一半。所需的制冷量Q</p><p>

79、　　Q=1.1g*670/0.86W</p><p><b>　　所需蒸發(fā)溫度</b></p><p>　　對于單位時間內捕水量已確定的情況下，如果要求蒸發(fā)溫度越低，則制冷機的尺寸就越大，提高了設備初投資，對于大部分生物制品，共融點溫度在-30~35℃。而凍干機中的水蒸汽流大部分屬于粘滯分子流。其升華面和冷凝面之間的最佳溫差為8~12℃。因此冰表面的溫度應在-40℃左

80、右。考慮到管內的制冷劑沸騰熱阻和冰層熱阻，在選擇制冷機時，蒸發(fā)溫度以-50℃為宜。</p><p>　　對于升華第二階段，隨著水蒸汽升華量的減小，水汽凝結器的制冷劑蒸發(fā)溫度也隨著下降。</p><p>　　3.3.4結冰厚度、冰表面對應的溫度和壓力</p><p>　　冰是熱的不良導體，由于冰厚度隨升華時間增加而增厚，但冰層厚度不可能隨時進行計算，冰外表面的溫度隨冰

81、層的增厚而升高，相應的冰表面的蒸汽壓也升高?，F(xiàn)在計算在升華時間的1/ 4時，升華總水量的1/2，冰層的溫升應該是最大的，此時冰表面溫度也是最高的。在水汽大量升華之后，升華速率減慢，冷負荷也降低，管內的蒸發(fā)溫度也降低，冰表面的溫度也降低，相應的水蒸汽壓力也降低?，F(xiàn)在是如何決定總水量，生物制品的凍干一般高度均不太大，否則由于干層太厚使升華時間太長，在相同的制品裝量高度，散裝制品的容量最大，若取10~12mm的高度，按12mm計算，則lm2擱

82、板面積升華的水量為10.2kg。仍以5m2為例，計算時按分路數(shù)為3，管徑為Φ19*15，升華水量一半時的冰層厚度，冰表面溫度和對應的冰表面水蒸汽分壓如表所示：</p><p>　　表3.1升華半量時冰表面對應溫度和壓力</p><p>　　當升華水量為總量的一半時，表面比從0.8增加至1.4，其冰表面溫差從3.4℃減至1.3℃，冰表面溫度從-41.3℃降至并-45.7℃。綜合考慮，其面積比

83、1至1.2為宜。</p><p>　　3.3.5物料凍干的加熱系統(tǒng)設計</p><p>　　加熱系統(tǒng)是真空冷凍干燥機的主要組成部分，它的功能是滿足凍干過程冰升華所需的熱能。</p><p>　　根據(jù)需要，水在加熱罐中被加熱到一定的溫度，熱水順管道流經三通調節(jié)閥，與來自板式換熱器的溫度較低的冷卻回水相混合。三通調節(jié)閥能自動調整來自于加熱罐的高溫水和來自板式換熱器的低溫

84、水的比例。達到工藝要求的合適溫度，然后由熱媒泵驅動進入干燥倉中的加熱板。熱水在加熱板內，將部分熱量通過板壁的傳導和表面的輻射傳遞給干燥倉內的物料和其它結構件，從加熱板流出的降溫水，離開干燥倉后分成三部分，一部分水直接回到加熱罐；一部分水經板式換熱器冷卻后變成更低溫的水進入三通調節(jié)閥，與第三部分從干燥倉流出不經板式換熱器冷卻直接到三通調節(jié)閥的水相匯合后，再與來自加熱罐的熱水混合，達到符合工藝要求溫度的水給加熱板加熱，如此循環(huán)。</p

85、><p>　　根據(jù)凍干工藝的要求，不同的物料，加熱板的工作溫度是不同的。為了保持系統(tǒng)的穩(wěn)定，運行過程中系統(tǒng)內不出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象，所以加熱罐內正常工作壓力應維持在0.2~0.5MPa。</p><p>　　3.3.6加熱系統(tǒng)參數(shù)設計計算</p><p>　　加熱板工作溫度：常溫至120℃；</p><p>　　有效干燥面積：0.12m3</p&g

86、t;<p>　　最大升華能力：（2kg/m2*h）(40Pa)；</p><p>　　水流進、出干燥倉的溫差控制為≤2℃</p><p>　　在最大升華時（2kg/m2*h）的加熱功率：</p><p>　　m*F*Q=2*0.12*0.8=0.24KW</p><p>　　在給定條件下，水溫相差1.3℃時Q=Q1+Q2+Q3=

87、0.23KW</p><p>　　通過加熱板的總流量：G=P/D*h=0.14t/h</p><p>　　當在泵的定額定流量下，水的進出溫差約1℃，考慮到加熱板每層進出口相反布置，加熱溫度場是比較均勻的，完全可滿足要求。</p><p><b>　　4 載物臺的設計</b></p><p>　　4.1載物臺的技術要求&

88、lt;/p><p>　　載物臺工作面對鏡管（座）安裝基面的垂直度，對于低倍普及型應不大于10′；對于高倍普及型及實驗室顯微鏡應不大于7′；對于研究用顯微鏡應不大于5′。</p><p>　　固定式載物臺通孔中心與顯微鏡鏡筒軸線應一致，偏離量不得大于0.2mm。</p><p>　　使用機械式載物臺或標本移動尺使標本在5mmX5mm范圍內移動時標本像不應模糊，如需要重新調

89、焦時，其調節(jié)量：</p><p>　　1.普及顯微鏡，不大于0.012mm；</p><p>　　2.實驗室顯微鏡及研究用顯微鏡，不大于0.008mm。</p><p>　　機械式雙向移動載物臺相對于顯微鏡光軸的移動量為：縱向不小于±12mm,橫向不小于±20mm。</p><p><b>　　4.2載物臺的設計

90、</b></p><p>　　圖4.1載物臺結構圖</p><p>　　1.顯微鏡載物臺 2.十字槽盤頭螺釘M3 3.電子稱支架 4.電子稱 5.電子稱連接器 6.冷凍噴管支架 7.冷凍氣體噴管 8.載玻片架 9.載玻片 10.絕熱層 11.電熱絲 12.熱輻射板</p><p><b>　　4.3載物臺的檢驗</b></p

91、><p>　　1.載物臺工作面對鏡筒軸線的垂直度： </p><p><b>　　試驗工具</b></p><p><b>　　a.自準直望遠鏡；</b></p><p>　　b.平面反射鏡（上下二面平行度1′）；</p><p>　　c.專用鏡架（帶標準鏡筒）。</p&g

92、t;<p><b>　　試驗程序</b></p><p>　　將被測載物臺裝上專用鏡架，在標準鏡筒內，插入自準直望遠鏡，被檢載物臺工作面上安放平面反光鏡。觀察反射回來的十字線影像和望遠鏡十字線的偏離值即為對鏡管（座）安裝基面的垂直度。</p><p>　　2.固定式載物臺通孔中心與顯微鏡鏡筒軸線一致性</p><p><b&

93、gt;　　試驗工具</b></p><p>　　a. 標準鏡架（帶標準鏡管）；</p><p>　　b. 專用載物臺中心校具 ；</p><p>　　c. 通用量具厚度規(guī)</p><p><b>　　試驗方法</b></p><p>　　將被測載物臺裝上專用鏡架，在標準鏡筒上裝上專用載

94、物臺中心校具，移動粗調，將專用載物臺中心校具頭部插入載物臺中心孔內，用通用量具測量載物臺中心的偏離量。</p><p>　　3.標本移動時物平面的離焦量： </p><p><b>　　試驗工具</b></p><p>　　a.SY-2型血球檢驗標本片；</p><p>　　b.標準鏡架（帶標準鏡筒、10X觀察目鏡、40

95、X標準物鏡、轉換器、照明系統(tǒng)）</p><p>　　c.分度值為0.001 mm的量儀。</p><p><b>　　4.試驗程序</b></p><p>　　以40×物鏡及10×目鏡對標本片進行調焦，當標本片像清晰時，記下此時量儀上的讀數(shù)及標本片的坐標位置（X向或Y向），然后沿X向或Y向移動標本5mm，如像的清晰度有改變，

96、則用微調手輪重新調焦清晰，讀取量儀上的讀數(shù)，計算出前后二次讀數(shù)差。檢驗時X向及Y向應分別進行檢定，同時每個方向應在2～3個位置進行測量，選擇最大讀數(shù)差為測定值。</p><p>　　移動載物臺相對于顯微鏡光軸的移動量</p><p><b>　　試驗工具</b></p><p>　　a. 標準10X物鏡；</p><p>

97、;　　b. 標準鏡架（帶工作臺托架、標準鏡筒、轉換器、照明系統(tǒng)）；</p><p><b>　　c.十字分劃尺；</b></p><p>　　d. 十字分劃目鏡；</p><p><b>　　5.試驗程序</b></p><p>　　在標準鏡架裝上10X物鏡、十字分劃目鏡，裝上被檢載物臺，其工作面上

98、放置十字分劃尺。按顯微鏡正常操作規(guī)程使分劃尺成像清晰，并使分劃板十字線像與目鏡分劃板十字線重合。以此為準，用常規(guī)量具測出前后左右四個方向載物臺的移動值。</p><p>　　載物臺裝壓簧和移動尺用孔的尺寸和位置：用常規(guī)量具檢查。</p><p>　　外觀要求：目視檢查。</p><p><b>　　5 結論與展望</b></p>

99、<p><b>　　5.1 結論</b></p><p>　　本次設計是關于凍干顯微鏡的設計。設計要求滿足實際工作需要，即實現(xiàn)在冷凍干燥過程中觀察物料變化過程的觀測儀器，并且能夠響應迅速，安全可靠。內容涉及到冷卻系統(tǒng)的設計、傳動機構的設計，要求能在實際工作中發(fā)揮它的作用，滿足實際的工作需要。本設計選用液氮冷卻，用捕水器提取水汽，采用真空泵抽取水汽。</p><p

100、><b>　　5.2展望</b></p><p>　　隨著凍干技術的發(fā)展與應用，凍干設備和技術已經趨于完善，現(xiàn)代先進的凍干設備不僅能滿足各種凍干工藝加工的要求，在操作控制上已成功地采用了電子計算機全自動控制；在工藝上發(fā)明了為改善加熱條件，縮短凍干周期的循環(huán)壓力法，調壓升華法和監(jiān)控干燥結束的壓力檢查法；在醫(yī)藥凍干中，可在真空條件下對小瓶自動加塞，對安瓿的自動熔封等。隨著生活水平的不斷提高

101、，人們對消費品的品質將提出更高的要求，環(huán)保意識、健康意識在進一步加強，對于各類藥品、保健品及凍干食品的需求將越來越大。而為不斷滿足各類藥品，生物保健品，凍干食品以及固體微粉制備的需要，特別是生物工程的發(fā)展又將帶來研制新藥和生物類藥物的新高潮，這一切都將有力地推動真空冷凍干燥技術的進一步發(fā)展，使其應用規(guī)模不斷擴大、應用領域不斷擴展。</p><p><b>　　參考文獻</b></p&g

102、t;<p>　　[1] 舍英，伊力奇，呼和巴特爾，現(xiàn)代光學顯微鏡[M]，北京科學出版社,1997</p><p>　　[2] 陳天明，王蘇生，俞信等，高靈敏度熒光顯微鏡量化技術及其在光生物學研究中的應[J]，生物物理學報,1995,11(3):446-450</p><p>　　[3] 蔡穎,薛慶,徐弘山,CAD/CAM原理與應用[M],機械工業(yè)出社,1998(8):238

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109、cation of freeze-dried human platelets. Cell Preservation Technology,2003,1:175-188</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在本次畢業(yè)設計中，我的指導老師是彭老師。在彭老師的指導下我才能順利完成我的畢業(yè)設計。彭老師悉心解答我所遇到的問題，定期查看我們的工作進

110、度，及時給我們以指導。在彭老師的指導下，我的畢業(yè)設計才一步步完善。老師我從指導老師彭老師身上學到了很多東西。彭老師認真負責的工作態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。彭老師在我論文寫作過程中，給與我很大的幫助，使我得到不少的提高。這對于我以后的工作和學習都有一種巨大的幫助，感謝他細心而又耐心的輔導。另外，還有同組的幾位同學的互相幫助，齊心協(xié)力，這里一并表示感謝。</p><p>　　在這里，對他們的

111、無私幫助，我表示誠摯的感。</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性</p><p>　　秉承學校嚴謹?shù)膶W風與優(yōu)良的科學道德，本人聲明所呈交的畢業(yè)設計（論文）是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，畢業(yè)設計（論文）中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的成果，不包含他人已申請學位或其他用途使用過的成果。與我一同工作的同志對本研究所做的任何