Центрифуга для бедняков и ленивая Сьюзан: 3 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:47

Введение + математика и дизайн

Центрифуги

Центрифуги используются для разделения материалов по плотности. Чем больше разница в плотности между материалами, тем легче их разделять. Таким образом, в эмульсиях, таких как молоко, центрифуга может отделять часть жирных сливок вверх, тогда как обезжиренное молоко идет вниз. У Sigma aldrich есть хорошая статья, в которой обсуждается физика разделения на центрифугах, а также то, что можно разделить при разных скоростях центрифугирования.

Центрифуга, которую я сделал, должна соответствовать указанной ими категории низкой скорости (2 000–6 000 об / мин). На этих скоростях, если у вас была суспензия клеток эукариот в растворе, вы могли бы гранулировать их (например, отделить их от раствора). Суспензии таких вещей, как частицы муки или грязи, также могут быть отделены на этих скоростях.

Ленивая Сьюзан

Моторизованный ленивый сюзан - это медленно вращающаяся платформа, обычно используемая для видеосъемки. Вы можете разместить на нем что-то вроде статуи или еды и получить плавное видео со всех сторон объекта. Скорость вращения в идеале составляет менее 1 оборота в секунду.

Скорость двигателя, сила и обороты

В описании электродвигателя вы обычно видите две вещи: напряжение и частоту вращения. Вероятно, вы можете безопасно использовать напряжения в + или - 50% от указанного напряжения. Теоретически более высокое напряжение означает большую силу позади двигателя и более высокие обороты. Но предположим, что у вас есть двигатель со стандартной частотой вращения 1000 оборотов в минуту. Как с этим мотором можно заставить что-то вращаться быстрее или медленнее, чем 1000 об / мин? С шестернями.

Переключение передач на велосипеде происходит так же, как и здесь. Если у вас есть шестерня с 20 зубьями, прикрепленная к двигателю 1000 об / мин. Тогда шестерня с 5 зубьями, контактирующая с шестерней с 20 зубьями, будет вращаться со скоростью 4000 об / мин. Взаимосвязь следующая: Целевая частота вращения = (Обороты двигателя) * (Зубья на моторной шестерне) / (Зубья на вращающейся шестерне). К вашему сведению, количество зубьев на шестерне должно быть прямо пропорционально радиусу шестерен, поэтому вместо этого можно использовать радиус. Итак, в этом примере 5 зубчатая шестерня является вращающейся шестерней, к которой будут прикреплены платформа центрифуги и пробирки.

Но это теоретически, на самом деле вращающаяся шестерня будет вращаться с меньшей скоростью, чем ожидалось. Это связано с тем, что трение будет выше, особенно если вы добавите вес к шестерне с 5 зубьями.

Вместо шестеренок вы можете использовать резиновые ленты, которые я использую для своего ленивого сьюзана. И математика работает аналогичным образом в отношении окружности или радиуса вместо зубцов.

Шаг 1: материалы

Общий список:

1. Пустые контейнеры, такие как контейнеры для овсянки и овсянки, которые я использовал. Банки для супа тоже подойдут.
2. Моторы. Номинальное напряжение 12 В или выше для центрифуги. Около 3-6В для ленивого сюзана.
3. Пистолет для горячего клея
4. Клейкая лента - по желанию
5. Супер клей - необязательно - при использовании наденьте перчатки.
6. Провода, шестерни, резинка, вращающаяся платформа, батареи и т. Д. - я расскажу более подробно в следующих шагах.

Я использовал обычные 2-выводные электродвигатели, а не шаговые. Я получил один (с номиналом 12 В и 1200 об / мин) от принтера Canon, который перестал работать, а другой (возможно, 3 В, <300 об / мин, вероятно) от DVD-плеера, который перестал работать. Если у вас нет двигателей под рукой, на eBay и других сайтах есть тонны по цене менее 10 долларов, которые должны работать.

Шестерни и оси, которые у меня есть, взяты из комплекта RC Snap Rover, который я разобрал. На самом деле все, что вам нужно, - это колесо, которое может свободно вращаться на оси, и способ заставить его вращаться быстрее или медленнее двигателя, в зависимости от того, каким вы хотите видеть конечный продукт.

Шаг 2: Центрифуга

Контейнеры овальной формы имеют металлическое дно. Чтобы сформировать отверстие для верхней части мотора, я рекомендую использовать молоток и гвоздь и двигаться по кругу, медленно выдавливая материал. Также подойдет дрель или дремель. Убедитесь, что головка мотора подходит и расположена перпендикулярно основанию банки, затем нанесите горячий клей на область вокруг головки мотора и установите его на место. Я использовал ленту, чтобы закрепить мотор, пока клей затвердел. Я рекомендую прикрепить к мотору длинные провода, прежде чем приклеивать его к емкости. Я просто намотал концы зачищенных проводов вокруг выводов двигателя.

Когда клей затвердеет, вы можете проделать два отверстия в стенке контейнера и протянуть через него провода. У меня батарея находится вне контейнера, поэтому я могу вручную прикоснуться к выводам батареи, чтобы включить центрифугу. В идеале можно использовать переключатель, но у меня его нет.

Затем я приклеил к моторной головке большую шестерню. Я использовал наждачную бумагу, чтобы придать шероховатости поверхности шестерни перед нанесением клея, который теоретически должен увеличить прочность сцепления. Я отметил область на овальной основе, где должна идти следующая шестерня (например, точка, где зубцы двух шестерен будут сцепляться), и проткнул гвоздем отверстие в этом месте. Затем я немного продел через это отверстие ось и приклеил ее на место горячим клеем. Это наиболее заметно на изображении 2 для этого шага.

На вращающийся механизм наклеен толстый бумажный диск. Я вырезал диск из задней части ноутбука. Диск, будучи бумажным, должен склеиваться лучше, чем пластик, но достаточно прочен, чтобы выдерживать скорость двигателя. В центре бумажного диска должно быть отверстие на одной линии с отверстием в шестерне. Таким образом, когда вращающийся механизм помещается на ось, ось будет заканчиваться в точке над бумажной платформой. Затем я поместил полоску горячего клея, видимую на картинке заголовка на первой странице, на верхнюю часть оси. Который затвердеет над платформой и гарантирует, что он не взлетит с оси.

Файл mp4 - это видео моего вращения центрифуги. Возможно, вам придется загрузить его для просмотра, файл не такой большой. Трубки, которые я использую, пластиковые, и в них есть молоко. Я закрыл их полиэтиленовой пленкой. Я бы не рекомендовал использовать стеклянные трубки, так как есть риск того, что они оторвутся от диска во время вращения. Трубки просто приклеиваются к диску. В видео я использую батарею на 9 В, это меньшее напряжение, чем рассчитано на двигатель. Для увеличения уровня напряжения можно последовательно подключать аккумуляторы.

Шаг 3: Ленивая Сьюзан

Для Lazy Suzan шестерня на изображении на самом деле не действует как шестерня, она просто может вращаться вокруг оси. Колесо, которое прикреплено к шестерне, дает мне основу для размещения пластины поверх нее, а затем предмета наверху пластины.

На изображении 2 показана ось, которая была продета через дно контейнера для овсянки и затем приклеена на место горячим клеем. Двигатель был установлен и приклеен горячим способом в месте, обеспечивающем натяжение резинки при натяжении между редуктором и двигателем (изображение 1). Если у вас просто колесо, которое вращается на оси, резиновую ленту можно растянуть прямо вокруг колеса, просто обратите внимание, что если колесо большое, оно будет вращаться с гораздо более низкой частотой вращения, чем двигатель.

На самом деле мне нужно запустить его на 6 вольт. Это 4 батареи по 1,5 В. На рисунке 3 для этого шага показано, как я рекомендую подключать батареи последовательно (если у вас только батареи на 1,5 В). Обычно полоска алюминиевой фольги складывается сама по себе несколько раз и наклеивается на изоленту. Затем лента прикрепляет алюминий к контактам + и - батарей и скрепляет батареи вместе. Итак, когда все настроено, как на изображении четыре, вы накручиваете свободный конец ленты на батареи и склеиваете их вместе. Убедитесь, что алюминиевая фольга сложена как минимум 10 раз, иначе она сильно нагреется.

Я мог бы также запустить двигатель с 9 В плюс резистор, но я хотел, чтобы это было просто. Просто знайте, что есть несколько способов достижения оптимального напряжения или тока.