单晶炉机械传动系统综述

文章编号:1004-2539(2005)06-0075-04

单晶炉机械传动系统综述

(西安理工大学, 陕西西安 710048) 高利强

摘要 机械传动系统是单晶炉的重要组成部分,它主要包括坩埚升降与旋转系统、籽晶升降与旋转系统等等。本文详细论述了这两种传动系统的典型方案及其传动机理,最后阐明各单晶体生长方法所要求的传动系统。

关键词 单晶炉 机械传动 升降与旋转

绪论

单晶炉是单晶体生长设备,按照晶体生长方法可分为提拉法单晶炉、坩埚下降法单晶炉、区熔法单晶炉等等。无论哪种设备,机械传动系统都是重要的组成部分。它一般包括坩埚升降与旋转、籽晶升降与旋转部件等等。为了减少热的不对称性,籽晶和坩埚一般都要旋转。

1 坩埚的升降与旋转系统

坩埚升降与旋转部件典型设计有以下形式。

1.1 方案A(如图1a)

图1a示出了一种用导柱和直线运动轴承导向用丝杠副传动实现坩埚杆升降功能的传动系统。

正常拉晶时的传动链为18 22 21 20 19 16 15 23 24 9 6。

快速升降时的传动链为27 26 25 24 9 6。

手动升降时的传动链为1 2 4 5 23 24 9 6。

坩埚旋转传动链为11 10 14 12 13 6。

1.2 方案B(对方案A的改进变形)

方案A对大多数炉型都适用,但它在速度特别低的时候,容易出现爬行现象。为了克服上述缺点,可以用滚珠丝杠副代替滑动丝杠副。然而,滚珠丝杠副的传动效率在90%,不能自锁,必须在丝杠轴上配置相应的自锁装置。图1b所示方案中谐波减速器(20)可满足要求。经过上述改动,再根据具体炉型适当变形就是方案B传动系统。

1.3 方案C(如图1b)

图1b示出了一种用直线滚动导轨支承导向,精密滚珠丝杆副传动实现坩埚杆升降功能的传动系统。

正常拉晶时的传动链为19 20 23 18 6 3。

快速升降时的传动链为21 20 23 18 6 3。

手动升降时的传动链为1 12 10 11 9 20 23 18 6 3。

坩埚旋转传动链为25 24 3

。

1.手轮

2.弹性联轴器

3.轴承座 4、5.斜齿轮副 6.坩埚杆 7.顶板 8.导柱 9.滑座 10.减速器 11.旋转电机 12、13、1

4.楔形带传动 1

5.电磁离合器 1

6.谐波减速器 1

7.底座 1

8.慢速电机 19、20、21.同步带传动 22.减速器 23、24滑动螺旋副 24、25.蜗杆传动 26.弹性联轴器 27.快速电机

图1a 坩埚升降与旋转部件

参考文献

1 鲁守银,马培荪,戚晖等.高压带电作业机器人的研制.电力系统

自动化,2003(17)

2 荣学文,张志兵,李云江等.一种液压平衡机构的设计与实现.机械

设计与研究,2002(5)3 李云江,荣学文,樊炳辉等.大型隧道喷浆机器人液压系统设计.中

国机械工程,2001(7)

收稿日期:20041227 收修改日期:20050121

作者简介:荣学文(1973-),男,山东曹县人,工程师

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第29卷 第6期 单晶炉机械传动系统综述

由此可见,图1b 中20是多机驱动的协调装置,在设计时,以机械和电气组合的方法使19、21、1形成互锁。具体要求如下:

1前推用手转动的时候分两种情况。 若21、19正在旋转时,则对当前运动状态不产生影响。!若21、19均为停止状态时,则3随手动而升降。21工作时也分两种情况。 若19正在旋转时,则对当前运动状态不产生影响。!若19为停止状态时,按下21的电源及升降按钮,21便通电运转,松开21的升降按钮,21便断电停止。

19工作时的情况。按下19的电源按钮并给定升降速度,19便通电运转。

两个行程开关(26、27)无论哪个动作,21或19便

断电停止。

1.手轮

2.行程开关1

3.坩埚杆

4.铜制水套

5.冷却水嘴

6.滑座

7.电刷环

8.热偶口

9.电磁离合器 10、11、12.滚子链传动 13.支柱1 14.支柱2 15.顶板 16.直线滚动导轨 17.方导柱 18.滚珠丝杆副 19.慢速电机 20.谐波减速器 21.快速电机 22.底板 23.齿轮系 24.楔形带传动 25.旋转电机 26.行程开关2 27.行程开关3 28.行程开关4

图1b 埚升降与旋转部件

1.4 方案D(对方案C 增加一个虚约束)

图1b 用一个直线滚动导轨进行导向,可满足一定的要求。有些炉型(如区熔炉)对精度要求较高,为了改善构件的受力情况,增加机构的刚度,我们可以再增加一个直线滚动导轨,增加的移动副带入一个虚约束。

也可以对图1b 作如下改进。

原来用直线滚动导轨支承导向,现改为用导柱和直线运动轴承导向。具体方法为:图1b 中支柱1(13)和支柱2(14)全部改为圆柱形导柱,兼支柱的功能。同时,滑座6也要作相应的改进,内部安装两处直线运

动轴承。象这样,用两个导柱和直线运动轴承导向的结构同图1b 比起来,也相当于增加了一个虚约束。改进后的结构由于有3个支柱,比图1a 刚度好。1.5 方案E(对方案C 增加两个虚约束)

同样的道理,我们可以对图1b

作如下改进。

1.拨环 2、3.滑动螺旋副 4.卷筒 5、6.滚动花键副 7.联轴器 8.联轴器 9.蜗轮轴 10.蜗杆传动 11.蜗轮箱体 1

2.编码器 1

3.蜗杆传动 1

4.卡套 1

5.导向套 1

6.撞块 1

7.导杆 1

8.限位开关 1

9.插头插座 20.籽晶夹头 21.重锤 22.钢丝绳 23.底板 24.电机 25.卷筒箱体

图2a ∀软轴#籽晶升降部件

原来用直线滚动导轨支承导向,现改为用导柱和直线运动轴承导向。具体方法为:图1b 中方导柱17、支柱1(13)和支柱2(14)全部改为圆柱形导柱,兼支柱的功能。同时,滑座6也要作相应的改进,内部安装3处直线运动轴承。象这样,用3个导柱和直线运动轴承导向的结构同图1b 比起来,相当于增加了两个虚约束。比图1a 二导柱结构形式性能好,也广泛用于各种单晶炉传动系统的设计当中(如区熔炉籽晶轴的传动系统)。1.6 方案F

前面5个方案的机架都是组装式。我们也可以采用整体焊接结构。由于整体式结构机械加工后的精度就是装配精度,比组装式容易达到精度要求。其典型

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