Проектирование планетарного механизма крепления и перемещения образцов в вакуумно-технологической установке - Дипломная работа

Бурное развитие нанотехнологий побуждает вместе с разработкой новых технологий разрабатывать и новое оборудование для этих целей. Для формирования наноструктурированных поверхностных слоев применяются, в частности, плазменные методы нанесения тонких пленок в вакууме, а также пучковый метод ионной имплантации. Плазменные методы нанесения тонких пленок в вакууме широко известны и довольно хорошо отработаны. Примером могут служить методы катодного распыления, нанесения покрытий магнетронными и вакуумно-дуговыми источниками плазмы.Первая камера имеет форму цилиндра (высотой 0.57 м и внутренним диаметром 0.7 м) с четырьмя патрубками имеющими диаметр 0.4 м. На боковых фланцах камеры размещается ионный источник «Радикал», а также плазменный источник для осаждения покрытий: дуговой испаритель или магнетронный распылитель. Вторая камера (имеющая форму куба, длиной ребра 0.4 м) откачивается диффузионным насосом производительностью 2000 л/с. На одной из ей сторон размещается механизм перемещения датчика диагностики пучка, который позволяет измерять такие параметры как ток, распределение плотности тока, эмиттанс. Источник ионов газа условно можно разделить на две части: генератор плазмы и систему отбора и формирования пучка. 2 Схема пучково-плазменной установки для нанесения наноструктурированных покрытий (вид сверху): 1. первая камера; 2. вторая камера; 3. ионный источник «Радикал»; 4. дуговой испаритель; 5. система отбора и формирования пучка; 6. датчик диагностики пучка; 7. шиберный затвор; 8. держатели образцов; 9. генератор плазмы ионного источника; 10. механизм вращения образцов; 11. смотровые окна; 12. затворная шторкаПрименение плазменных генераторов ионных источников других типов, даст возможность формировать пучки ионов металлов, или многокомпонентные пучки, или пучки газовых ионов с агрессивными плазмообразующими газами, например, кислородом. Использование двух ионных источников, один из которых формирует пучки ионов газа, а другой ионов металла, работающих в одном технологическом цикле, или источника ионов и источника электронов с плазменным эмиттером позволит проводить технологические процессы на новом качественном уровне. Это и работа в сверхвысоком вакууме, следовательно невозможность применения масляной смазки узлов и механизмов, находящихся в вакуумной камере. Основной задачей является проектирование электромеханической системы, осуществляющей вращение обрабатываемых образцов вокруг своей оси, а также вращение всей конструкции, находящейся в вакууме, для подачи образцов к нужному окну для обработки. Нагрузкой электромеханической системы является непосредственно сами образцы, несущая конструкция (карусель), к которой они крепятся, и система ввода движения в вакуум, обладающая достаточно большим трением.Определимся с типом ввода движения в вакуум. Возможность использования того или иного ввода движения в значительной степени определяется конструкцией уплотнения элемента, передающего движение в вакуумный объем. Применение ввода с гибкими уплотнительными элементами применяется, как правило, для передачи поступательного или качательного движения в вакуум. Также возможно применить ввод с использованием деформируемой шестерни (зубчатой волновой передачи), см. рисунок 8, такая конструкция позволяет передавать в вакуумный объем большие крутящие моменты и выполняет одновременно функции редуктора. Поэтому данный вид ввода движения в вакуум нежелательно применять в данной проектируемой системе.Наиболее оптимальным будет использование двигателя постоянного тока, на вал которого непосредственно крепится держатель с обрабатываемым образцом. Определим момент нагрузки при пуске двигателя: Предположим, что двигатель при прямом пуске разгоняется с 0 до номинальной скорости вращения за 0,05 секунд, т.е. имеет постоянную времени ? = 0,05 с. Для вращения образцов вокруг своей оси применим коллекторные двигатели постоянного тока, обладающие малыми габаритами и весом, а также высокой скоростью вращения вала. Наибольший КПД имеют двигатели с полым якорем и возбуждением от постоянных магнитов, наименьший - двигатели с электромагнитным возбуждением. Рассматриваемые двигатели обладают хорошим быстродействием, обусловленным малым моментом инерции якоря (двигатели с полым якорем имеют постоянную времени 15-20 мс.), не содержащего ферромагнитных материалов (“железа”) и малой индуктивностью обмотки якоря.Приближенная оценка масс основных составных частей планетарного механизма перемещения образцов в вакуумном объеме камеры была произведена с помощью системы трехмерного твердотельного моделирования AUTOCAD 2009, на основании разработанного эскиза: 1) диск вращающегося стола m = 25 кг; Расчет моментов инерции основных составных частей механизма карусели приведен в таблице №6. Таким образом, вращение должно осуществляться с постоянной скоростью: 8 - 10 об/мин. Предположим, что двигатель при прямом пуске разгоняется с 0 до номинальной скорости вращения за 0,1 секунд, т.е. имеет постоянную времени ? = 0,1 с.