试验用冻干显微镜的设计【10张图纸】【优秀】
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显微镜
设计图纸
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试验用冻干显微镜的设计
31页 14000字数+说明书+开题报告+中期报告+10张CAD图纸
中期.doc
从动锥齿轮.dwg
冷冻干燥机构.dwg
冷凝管.dwg
圆柱齿轮微调.dwg
圆柱齿轮粗调.dwg
真空室组焊图.dwg
装配图.dwg
试验用冻干显微镜的设计开题报告.doc
试验用冻干显微镜的设计论文.doc
载物台+原理图.dwg
锥形齿轮.dwg
隔板.dwg
摘 要
显微镜是最常用的助视光学仪器，且常被组合在其他光学仪器中。显微镜作为金相、医学和化学分析的常用仪器，广泛地应用在工厂、医院的检验分析室，研究所、高校及中学的实验室。因此，了解并掌握它的构造原理和调整方法，了解并掌握其放大率的概念和测量方法，不仅有助于加深理解透镜的成像原理，也有助于正确使用其他光学仪器。其原理和机构是集精密设计、工程光学于一体的仪器设备。一个完整的显微镜系统设计是十分复杂的，涉及到光学设计、机械设计、电路设计等多方面知识。
真空冷冻干燥技术发展到今天，已在许多领域得到成功应用。但与其它干燥方法相比，设备投资依然较大、能源消耗及产品成本依然较高，限制了该技术的进一步发展。因此，如何在确保产品质量的同时，实现节能降耗，降低生产成本是真空冷冻干燥技术当前面临的最主要的问题。另外，由于冻干机所使用场所的特殊性，设备要求十分苛刻，运行环境恶劣，这都对冻干机的运行可靠性、合理性、方便性提出了更高的要求。新技术、新标准、新法规的出台，都对冻干技术提出了更多的要求。
本设计由于世界上没有成品说以主要涉及冷冻干燥参数和便于观察冷宫干燥过程的设计。
关键字：冻干显微镜、冷冻干燥技术
目 录
1 绪论1
1.1设计背景1
1.2冻干显微镜现状2
1.3冻干显微镜应用2
1.4设计内容3
2 冻干显微镜的工作原理设计4
2.1冻干基本原理4
2.2冻干显微镜的基本原理及组成4
2.3冻干显微镜工作过程5
2.4 冻干显微镜的主要技术参数5
3 冻干显微镜结构设计9
3.1 真空室设计9
3.1.1 真空室室体强度计算9
3.1.2 密封系统结构设计10
3.1.3 冻干显微镜镜头的设计11
3.2 冻干显微镜传动机构11
3.2.1 工作台调整的传动机构计算11
3.2.2 载物台横纵向运动距离14
3.3 冻干显微镜冷阱设计15
3.3.1对冷阱的要求15
3.3.2冷阱的结构设计15
3.3.3水汽凝结器所需的制冷量和蒸发温度16
3.3.4结冰厚度、冰表面对应的温度和压力17
3.3.5物料冻干的加热系统设计18
3.3.6加热系统参数设计计算18
4 载物台的设计19
4.1载物台的技术要求19
4.2载物台的设计19
4.3载物台的检验19
5 结论与展望22
5.1 结论22
5.2展望22
参考文献23
致 谢24
毕业设计（论文）独创性25
毕业设计（论文）知识产权声明26
冻干基本原理
又称升华干燥。将含水物料冷冻到冰点以下，使水转变为冰，然后在较高真空下将冰转变为蒸气而除去的干燥方法。物料可先在冷冻装置内冷冻，再进行干燥。但也 可直接在干燥室内经迅速抽成真空而冷冻。升华生成的水蒸气借冷凝器除去。升华过程中所需的汽化热量，一般用热辐射供给。其主要优点是：（1）干燥后的物料 保持原来的化学组成和物理性质（如多孔结构、胶体性质等）；（2）热量消耗比其他干燥方法少。缺点是费用较高，不能广泛采用。用于干燥抗生素、蔬菜和水果等。
2.2冻干显微镜的基本原理及组成
冻干显微镜主要由真空室、显微镜、冻干载物台、水蒸气捕集器、计算机、真空泵、制冷机构成。物品放置于真空室的冻干载物台上，经制冷机制冷冻干时升华的水蒸气由真空泵抽入水蒸气捕集器中，显微镜观察被观察物的冷冻干燥过程经CCD图像传感器将图像表现在计算机上。冻干显微镜的主要技术参数
在镜检时，人们总是希望能清晰而明亮的理想图象，这就需要显微镜的各项光学技术参数达到一定的标准。并且要求在使用时，必须根据镜检的目的和实际情况来协调各参数的关系。只有这样，才能发挥显微镜应有的性能，得到满意的图像。
显微镜的光学技术参数包括：数值孔径、分辨率、放大率、焦深、视场宽度、覆盖差、工作距离等等。这些参数并不都是越高越好，它们之间是相互联系又相互制约的，在使用时，应根据镜检的目的和实际情况来协调参数间的关系，但应以保证分辨率为准。1．数值孔径 数值孔径简写NA，数值孔径是物镜和聚光镜的主要技术参数，是判断两者（尤其对物镜而言）性能高低的重要标志。其数值的大小，分别标刻在物镜和聚光镜的外壳上。 数值孔径（NA）是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率（n）和孔径角（u）半数的正弦之乘积。用公式表示如下：NA=nsinu/2 孔径角又称"镜口角"，是物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度。孔径角越大，进入物镜的光通亮就越大，它与物镜的有效直径成正比，与焦点的距离成反比。 显微镜观察时，若想增大NA值，孔径角是无法增大的，唯一的办法是增大介质的折射率n值。基于这一原理，就产生了水浸物镜和油浸物镜，因介质的折射率n值大于1，NA值就能大于1。 数值孔径最大值为1.4，这个数值在理论上和技术上都达到了极限。目前，有用折射率高的溴萘作介质，溴萘的折射率为1.66,所以NA值可大于1.4。 这里必须指出，为了充分发挥物镜数值孔径的作用，在观察时，聚光镜的NA值应等于或略大于物镜的NA值。 数值孔径与其他技术参数有着密切的关系，它几乎决定和影响着其他各项技术参数。它与分辨率成正比，与放大率成正比，与焦深成反比，NA值增大，视场宽度与工作距离都会相应地变小。2．分辨率 显微镜的分辨率是指能被显微镜清晰区分的两个物点的最小间距，又称"鉴别率"。其计算公式是σ=λ/NA式中σ为最小分辨距离；λ为光线的波长；NA为物镜的数值孔径。可见物镜的分辨率是由物镜的NA值与照明光源的波长两个因素决定。NA值越大，照明光线波长越短，则σ值越小，分辨率就越高。要提高分辨率，即减小σ值，可采取以下措施（1）降低波长λ值，使用短波长光源。（2）增大介质n值以提高NA值（NA=nsinu/2）。（3）增大孔径角u值以提高NA值。（4）增加明暗反差。3．放大率和有效放大率 由于经过物镜和目镜的两次放大，所以显微镜总的放大率Γ应该是物镜放大率β和目镜放大率Γ1的乘积：Γ=βΓ1 显然，和放大镜相比，显微镜可以具有高得多的放大率，并且通过调换不同放大率的物镜和目镜，能够方便地改变显微镜的放大率。 放大率也是显微镜的重要参数，但也不能盲目相信放大率越高越好。显微镜放大倍率的极限即有效放大倍率。 分辨率和放大倍率是两个不同的但又互有联系的概念。有关系式：
- 内容简介：
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毕业设计(论文)中期报告题目：试验用冻干显微镜的设计系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 2013年3月17日一、设计（论文）进展状况1.通过前期查阅文献资料对本课题设计方向，设计目的有了一定的认识。2.此次设计的冻干显微镜的主要用途在于：（1）通过图像分析测量各种溶液及细胞浮液的塌陷温度；（2）观察其它物品冻干过程中的结构变化。3.了解冻干显微镜的工作原理及适用范围，根据此设计冻干显微镜为采用液氮为冷媒的冻干设备，设计的冻干显微镜主要包括：显微镜、真空室、冻干载物台、真空泵、液氮泵、捕水器。4.显微镜的工作原理为将被观测物品放入真空条件下的冻干载物台上，由液氮泵将氮气输送至冷凝盘管氮气吸热变为液氮以达到降温的作用，放置在冻干载物台上的被被观测物品在冷冻下析出的水蒸汽可能会模糊镜头影响观测，因此在镜头周围加上一圈电热阻丝将水蒸气转为液体水，最后再由真空泵将里面的水份抽入捕水器中。5.既是将显微镜的物镜镜头放入真空室中,目镜在外面以方便观测物品的冻干进程，左右两侧旋钮调节冻干载物台的位置。基本完成此冻干显微镜的装配图如下：主视图左视图镜头处电热阻丝的设计6.此冻干显微镜的技术参数为：型号参数单位数值冻干载物台温度-100+100冷凝器温度-65+25观测倍数40800极限真空度Pa17.工作台调整的传动机构计算：传动机构如图传动机构简图齿轮的计算:因为此传动机构分为两个独立部分，上下两个主动轮在手轮转动时，分别带动直齿圆柱齿轮按两个不同方向转动，而且上下两部分机构结构对称，所以我在计算时只选取上部分传动机构计算，同理可得下部分传动机构。首先，工作台的调节是通过显微镜箱体外部的手轮转动，从而带动工作台的转动的，在这个过程中要改变转动方向，即主动轮的转动方向与工作台的转动方向夹角90度。所以在传动机构设计时，为了选择锥齿轮，而且两锥齿轮的轴线夹角为90度，来改变转动方向同时配合直齿轮。由于工作台要向两个方向转动，而且由不同的传动机构控制，所以为满足这个要求，工作台选择由直齿圆柱齿轮控制（结构如上传动机构简图）。直齿圆柱齿轮4计算:根据工作台的移动精度一般小于1mm，在本设计中取1mm，即直齿圆柱齿轮每转一个齿，工作台移动1mm，于是：综合经济性考虑，选择齿数为Z4=30，模数为M4=0.5，压力角=20，则直齿圆柱齿轮直径为：D4=Z4*M4=30*0.5=15mm齿顶高ha4=ha*M4=1*0.5=0.5mm齿根高hf4=（ha*+c*）*M4=（1+0.25）*0.5=0.625mm齿全高h=ha4+hf4=0.5+0.625=1.125mm齿顶圆直径da4=（2ha*+Z4）*M4=16mm齿根圆直径df4=（Z4-2ha*-2c*）*M4=27.5*0.5=13.75mm基圆直径db=D4cos=15*0.94=14mm齿距p=*M4=0.5*3.14=1.57mm齿厚s=M4*/2=3.14*0.5/2=0.785mm锥齿轮的计算:为了减少加工难度，两个圆锥齿轮1、2设计满足同样的参数，即齿数，模数相等。取锥齿轮的分度圆直径为15，因为相对于直齿轮，锥齿轮需要更高的强度，所以模数取M1=0.6，齿数Z1=25。分锥角=40，齿顶高 ha1=ha*M1=0.6*1=0.6mm齿根高hf1=（ha*+c*）*M1=1.25*0.6=0.75mm分度圆直径d=15mm齿顶圆直径da=d1+2hacos=15+2*0.5*0.77=15.8mm齿根圆直径df=d1-2hfcos=15-2*0.75*0.77=13.8mm分度圆齿厚s=M1*/2=0.6*3.14/2=0.94mm当量齿数Zv=Z1/cos=32与锥齿轮同轴的直齿圆柱齿轮3的计算:因为直齿圆柱齿轮3与直齿圆柱齿轮4之间有相对的滑动，所以，直齿圆柱齿轮3的齿根圆直径应该大于锥齿轮的齿顶圆直径。根据直齿圆柱齿轮的直径齿根圆直径df3=（Z3-2ha*-2c*）*M4df1=15.8mm，模数取0.5，则Z34，齿数取42，压力角=20。齿顶高ha3=ha*M3=1*0.5=0.5mm齿根高hf3=（ha*+c*）*M3=（1+0.25）*0.5=0.625mm齿全高h=ha3+hf3=0.5+0.625=1.125mm分度圆直径D3=M3 *Z3=0.5*42=21mm齿顶圆直径da3=（2ha*+Z3）*M3=22mm齿根圆直径df3=（Z3-2ha*-2c*）*M4=41.5*0.5=20.8mm基圆直径db=D3cos=21*0.94=19.74mm齿距p=*M3=0.5*3.14=1.57mm齿厚s=M3*/2=3.14*0.5/2=0.785mm2、 存在问题及解决措施1. 冻干载物台的设计，2. 各参数的计算，3. 配件图的绘制。解决措施：查阅资料对显微镜进行
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