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X 收 稿 日 期 2008 08 13 基 金 項(xiàng) 目 重 慶 市 科 委 攻 關(guān) 項(xiàng) 目 CSTC 2005AC3033 作 者 簡(jiǎn) 介 陳 碧 楠 1965 女 福 建 人 教 授 級(jí) 高 級(jí) 工 程 師 主 要 從 事 冶 金 設(shè) 備 設(shè) 計(jì) 研 究 高 速 干 式 切 削 滾 齒 機(jī) 刀 架 部 件 滾 刀 軸 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) X 陳 碧 楠 1 宋 2 1 中 冶 賽 迪 工 程 技 術(shù) 股 份 有 限 公 司 重 慶 400013 2 重 慶 工 學(xué) 院 重 慶 汽 車 學(xué) 院 重 慶 400050 摘 要 分 析 影 響 高 速 干 式 切 削 滾 齒 機(jī) 滾 刀 軸 動(dòng) 態(tài) 特 性 的 因 素 用 ANSYS軟 件 分 別 從 軸 承 支 承 跨 距 和 軸 承 剛 度 兩 個(gè) 方 面 對(duì) 滾 刀 軸 進(jìn) 行 建 模 和 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 并 對(duì) 優(yōu) 化 結(jié) 果 進(jìn) 行 模 擬 驗(yàn) 證 關(guān) 鍵 詞 滾 齒 機(jī) 滾 刀 軸 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 有 限 元 中 圖 分 類 號(hào) TG721 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼 A 文 章 編 號(hào) 1671 0924 2008 11 0038 04 Optimum Design of Hobbing Shaft of Hob2head Part for High2speed Dry2cutting Gear Hobbing Machine CHEN Bi2Nan1 SONG Kun2 1 CISDI Engineering Co Ltd Chongqing 400013 China 2 Chongqing Institute of Automobile Chongqing Institute of Technology Chongqing 400050 China Abstract This paper analyzes and takes into account the factors which can influence dynamic characteris2 tics of hob shaft By using ANSYS this paper builds the model and completes the optimum design from the aspects of bearing span and bearing rigidity and validates the analysis result with simulation method and comes to a conclusion Key words gear hobbing machine hobbing shaft optimum finite element analysis 隨 著 我 國(guó) 制 造 業(yè) 的 快 速 發(fā) 展 齒 輪 的 需 求 量 日 益 增 加 各 行 業(yè) 對(duì) 齒 輪 加 工 的 效 率 質(zhì) 量 及 加 工 成 本 的 要 求 愈 來(lái) 愈 高 使 得 滾 齒 機(jī) 朝 著 高 速 高 效 化 全 數(shù) 控 化 環(huán) 保 化 智 能 化 以 及 網(wǎng) 絡(luò) 化 的 方 向 發(fā) 展 高 速 干 式 切 削 滾 齒 機(jī) 是 滿 足 上 述 需 求 的 新 一 代 的 滾 齒 機(jī) 它 將 滾 刀 軸 B 軸 與 工 件 軸 C 軸 之 間 的 聯(lián) 動(dòng) 關(guān) 系 交 由 數(shù) 控 系 統(tǒng) 或 者 專 門 的 電 子 齒 輪 模 塊 處 理 讓 滾 刀 軸 和 工 件 軸 從 冗 長(zhǎng) 的 差 動(dòng) 傳 動(dòng) 鏈 中 解 放 出 來(lái) 分 別 由 內(nèi) 置 主 軸 電 機(jī) 和 內(nèi) 置 力 矩 電 機(jī) 直 接 驅(qū) 動(dòng) 從 而 使 滾 刀 軸 和 工 件 軸 的 轉(zhuǎn) 速 數(shù) 量 級(jí) 得 到 提 升 其 中 滾 刀 軸 的 轉(zhuǎn) 速 可 達(dá) 到 3 000 r min以 上 滿 足 干 式 切 削 的 速 度 要 求 不 僅 極 大 地 提 高 了 生 產(chǎn) 效 率 而 且 由 于 干 式 切 削 不 需 要 任 何 油 液 冷 卻 使 加 工 的 過(guò) 程 更 加 環(huán) 保 刀 架 部 件 是 高 速 干 式 切 削 滾 齒 機(jī) 的 核 心 部 件 之 一 其 設(shè) 計(jì) 的 關(guān) 鍵 在 于 滾 刀 軸 軸 系 的 設(shè) 計(jì) 由 于 滾 刀 轉(zhuǎn) 速 很 高 使 得 加 工 過(guò) 程 中 切 削 力 的 激 振 頻 率 很 高 所 以 設(shè) 計(jì) 的 難 點(diǎn) 不 僅 在 于 靜 剛 度 是 否 能 滿 足 精 度 要 求 如 何 提 高 滾 刀 軸 軸 系 的 動(dòng) 態(tài) 特 性 避 開 共 振 區(qū) 更 是 其 設(shè) 計(jì) 的 重 中 之 重 一 般 說(shuō) 來(lái) 一 第 22 卷 第 11 期 Vol 22 No 11 重 慶 工 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) 自 然 科 學(xué) Journal of Chongqing Institute of Technology Natural Science 2008 年 11 月 Nov 2008 階 固 有 頻 率 應(yīng) 高 于 切 削 激 振 力 頻 率 的 25 以 上 才 能 保 證 靜 剛 度 成 為 影 響 主 軸 精 度 的 主 要 因 素 本 研 究 以 YKS3610 型 高 速 滾 齒 機(jī) 滾 刀 軸 為 例 采 用 有 限 元 方 法 通 過(guò) ANSYS 對(duì) 刀 架 主 軸 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 建 模 和 分 析 以 固 有 頻 率 為 優(yōu) 化 目 標(biāo) 完 成 對(duì) 其 的 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 1 模 型 建 立 YKS3610 型 滾 齒 機(jī) 刀 架 部 件 主 軸 軸 系 包 含 電 主 軸 刀 桿 以 及 活 動(dòng) 支 承 3 個(gè) 部 分 電 主 軸 由 主 軸 軸 承 電 機(jī) 殼 體 組 成 其 中 殼 體 固 定 不 動(dòng) 電 機(jī) 定 子 固 定 在 殼 體 上 進(jìn) 行 分 析 時(shí) 將 兩 者 看 做 剛 體 可 以 不 加 考 慮 電 主 軸 的 主 軸 是 階 梯 軸 中 空 由 2 組 軸 承 支 承 采 用 一 端 固 定 一 端 游 動(dòng) 的 支 承 方 式 靠 近 加 工 區(qū) 域 的 一 端 固 定 遠(yuǎn) 離 加 工 區(qū) 域 的 一 端 游 動(dòng) 固 定 端 采 用 雙 列 圓 柱 滾 子 軸 承 和 60 接 觸 雙 列 推 力 球 軸 承 配 對(duì) 支 承 浮 動(dòng) 端 采 用 雙 聯(lián) 角 接 觸 球 軸 承 支 承 既 能 保 證 剛 度 和 加 工 精 度 又 為 主 軸 熱 膨 脹 留 下 伸 縮 空 間 主 軸 與 刀 桿 剛 性 聯(lián) 接 可 將 兩 者 看 作 一 體 刀 桿 由 滾 針 軸 承 支 承 這 樣 主 軸 刀 桿 系 統(tǒng) 由 3 組 軸 承 支 承 為 靜 不 定 結(jié) 構(gòu) 要 全 面 地 分 析 主 軸 的 動(dòng) 靜 態(tài) 特 性 必 須 將 主 軸 軸 承 刀 桿 以 及 輔 助 支 承 的 軸 承 看 作 一 個(gè) 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 分 析 主 軸 單 元 結(jié) 構(gòu) 對(duì) 稱 形 狀 簡(jiǎn) 單 可 作 為 空 間 彈 性 梁 來(lái) 處 理 選 用 ANSYS 程 序 中 空 心 軸 特 征 的 BEAM23 單 元 來(lái) 模 擬 對(duì) 不 同 的 軸 徑 采 用 不 同 的 實(shí) 參 數(shù) 對(duì) 主 軸 刀 桿 系 統(tǒng) 更 為 詳 細(xì) 的 簡(jiǎn) 化 將 軸 承 組 簡(jiǎn) 化 為 單 個(gè) 彈 性 支 撐 根 據(jù) 技 術(shù) 資 料 選 用 的 背 對(duì) 背 雙 聯(lián) 角 接 觸 球 軸 承 的 作 用 點(diǎn) 在 25 3 mm 處 雙 列 圓 柱 滾 子 軸 承 雙 向 推 力 角 接 觸 球 軸 承 組 由 于 前 者 不 能 承 受 徑 向 力 作 用 點(diǎn) 定 在 圓 柱 滾 子 軸 承 的 中 線 處 滾 針 軸 承 的 作 用 點(diǎn) 在 其 中 線 處 認(rèn) 為 軸 承 只 具 備 徑 向 剛 度 不 具 有 角 剛 度 進(jìn) 一 步 將 軸 承 簡(jiǎn) 化 為 徑 向 的 壓 縮 彈 簧 質(zhì) 量 單 元 忽 略 軸 承 負(fù) 荷 及 轉(zhuǎn) 速 對(duì) 軸 承 剛 度 的 影 響 將 軸 承 剛 度 看 成 一 個(gè) 常 數(shù) 用 COMBINE14 彈 簧 單 元 進(jìn) 行 模 擬 將 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 和 轉(zhuǎn) 子 套 等 效 為 同 密 度 軸 材 料 將 其 與 主 軸 看 成 一 體 當(dāng) 主 軸 內(nèi) 孔 階 梯 度 不 大 時(shí) 簡(jiǎn) 化 為 當(dāng) 量 內(nèi) 孔 根 據(jù) 上 述 簡(jiǎn) 化 原 則 將 主 軸 單 元 劃 分 為 14 段 15 個(gè) 節(jié) 點(diǎn) 其 中 節(jié) 點(diǎn) 1 10 為 電 主 軸 節(jié) 點(diǎn) 10 15 為 刀 桿 建 立 的 有 限 元 模 型 如 圖 1 所 示 共 15 個(gè) 關(guān) 鍵 點(diǎn) 14 段 圖 1 刀 架 主 軸 單 元 簡(jiǎn) 化 模 型 2 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 由 于 機(jī) 械 系 統(tǒng) 是 典 型 的 欠 阻 尼 系 統(tǒng) 如 果 發(fā) 生 共 振 即 切 削 激 振 力 的 頻 率 與 機(jī) 械 系 統(tǒng) 的 固 有 頻 率 一 致 或 者 相 當(dāng) 接 近 時(shí) 機(jī) 械 強(qiáng) 度 會(huì) 成 倍 地 下 降 所 以 在 高 速 切 削 的 條 件 下 靜 剛 度 不 再 是 設(shè) 計(jì) 的 焦 點(diǎn) 如 何 提 高 系 統(tǒng) 的 動(dòng) 態(tài) 特 性 避 免 共 振 才 是 設(shè) 計(jì) 的 重 點(diǎn) 干 式 切 削 滾 齒 機(jī) 滾 刀 軸 轉(zhuǎn) 速 很 高 設(shè) 計(jì) 時(shí) 應(yīng) 當(dāng) 采 取 措 施 盡 量 提 高 主 軸 系 統(tǒng) 的 一 階 固 有 頻 率 使 之 至 少 超 過(guò) 切 削 力 頻 率 的 25 以 上 所 以 將 固 有 頻 率 作 為 優(yōu) 化 的 目 標(biāo) 是 合 適 的 固 有 頻 率 跟 系 統(tǒng) 的 剛 度 和 質(zhì) 量 有 關(guān) 隨 著 前 者 的 增 大 和 后 者 的 減 小 而 非 線 性 的 增 大 那 么 軸 系 本 身 的 結(jié) 構(gòu) 質(zhì) 量 剛 度 以 及 支 承 剛 度 都 是 影 響 固 有 頻 率 的 因 素 選 定 合 適 的 內(nèi) 置 主 軸 電 機(jī) 后 主 軸 的 軸 徑 軸 階 的 長(zhǎng) 度 都 根 據(jù) 電 機(jī) 數(shù) 據(jù) 定 出 而 刀 桿 軸 徑 和 長(zhǎng) 度 也 依 據(jù) 滾 刀 數(shù) 據(jù) 定 出 即 軸 系 的 結(jié) 93陳 碧 楠 等 高 速 干 式 切 削 滾 齒 機(jī) 刀 架 部 件 滾 刀 軸 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 構(gòu) 和 質(zhì) 量 基 本 確 定 對(duì) 軸 系 固 有 頻 率 的 影 響 幾 乎 是 不 可 調(diào) 的 因 此 對(duì) 軸 系 固 有 頻 率 影 響 最 大 的 參 數(shù) 就 是 電 主 軸 軸 承 支 承 的 跨 距 及 軸 承 自 身 的 剛 度 下 面 就 這 兩 個(gè) 因 素 對(duì) 滾 刀 軸 軸 系 固 有 頻 率 的 影 響 加 以 分 析 并 提 出 優(yōu) 化 策 略 2 1 軸 承 支 承 跨 距 的 優(yōu) 化 以 固 有 頻 率 為 目 標(biāo) 的 優(yōu) 化 必 須 在 模 態(tài) 分 析 的 基 礎(chǔ) 上 進(jìn) 行 按 照 圖 1 所 示 模 型 在 ANSYS 軟 件 界 面 建 模 如 圖 2 所 示 圖 2 滾 刀 軸 軸 系 ANSYS分 析 幾 何 模 型 在 設(shè) 計(jì) 中 為 保 證 前 端 懸 伸 量 不 變 固 定 端 軸 承 組 的 支 承 位 置 不 變 通 過(guò) 改 變 游 走 端 雙 聯(lián) 角 接 觸 球 軸 承 的 支 承 位 置 即 圖 1 所 示 的 節(jié) 點(diǎn) 2 的 位 置 來(lái) 改 變 跨 距 按 實(shí) 際 加 工 情 況 施 加 約 束 后 用 子 空 間 法 進(jìn) 行 模 態(tài) 分 析 可 得 到 不 同 跨 距 下 軸 系 的 一 階 固 有 頻 率 如 圖 3 所 示 圖 3 支 承 跨 距 對(duì) 軸 固 有 頻 率 的 影 響 由 圖 3 可 見 跨 距 對(duì) 主 軸 系 統(tǒng) 剛 度 的 影 響 不 是 單 調(diào) 的 在 跨 距 為 343 mm 時(shí) 主 軸 系 統(tǒng) 的 一 階 固 有 頻 率 達(dá) 到 最 大 值 由 于 實(shí) 際 結(jié) 構(gòu) 的 限 制 選 取 跨 距 為 348 mm 在 此 跨 距 下 軸 系 一 階 固 有 頻 率 為 1 018 Hz 該 型 滾 齒 機(jī) 滾 刀 軸 最 高 設(shè) 計(jì) 轉(zhuǎn) 速 為 4 000 r min 滾 刀 有 12 個(gè) 容 屑 槽 則 切 削 力 最 高 激 振 頻 率 為 4 000 12 60 800 Hz 軸 系 一 階 固 有 頻 率 高 于 最 大 激 振 頻 率 25 以 上 滿 足 設(shè) 計(jì) 要 求 2 2 軸 承 預(yù) 緊 剛 度 對(duì) 軸 系 固 有 頻 率 的 影 響 首 先 研 究 固 定 端 雙 列 圓 柱 滾 子 軸 承 對(duì) 固 有 頻 率 的 影 響 確 定 軸 系 跨 距 為 348 mm 維 持 另 外 兩 個(gè) 軸 承 組 剛 度 不 變 改 變 雙 列 圓 柱 滾 子 軸 承 預(yù) 緊 量 使 其 剛 度 變 為 25 24 N m 252 4 N m 2 524 N m 25 240 N m 通 過(guò) ANSYS 軟 件 的 分 析 可 得 到 主 軸 系 統(tǒng) 固 有 頻 率 的 變 化 如 圖 4 圖 4 雙 列 圓 柱 滾 子 軸 承 對(duì) 主 軸 系 統(tǒng) 固 有 頻 率 的 影 響 同 理 改 變 刀 桿 活 動(dòng) 支 承 的 滾 針 軸 承 過(guò) 盈 量 使 之 剛 度 變 為 37 86 N m 378 6 N m 3 786 N m 37 860 N m 其 余 軸 承 剛 度 維 持 不 變 經(jīng) 分 析 得 到 主 軸 系 統(tǒng) 固 有 頻 率 的 變 化 如 圖 5 圖 5 滾 針 軸 承 對(duì) 主 軸 系 統(tǒng) 固 有 頻 率 的 影 響 由 上 面 的 分 析 結(jié) 果 可 以 看 到 主 軸 系 統(tǒng) 的 固 有 頻 率 隨 著 軸 承 剛 度 的 增 加 而 單 調(diào) 增 加 開 始 增 長(zhǎng) 很 明 顯 到 后 面 增 長(zhǎng) 則 相 當(dāng) 平 緩 當(dāng) 設(shè) 計(jì) 的 預(yù) 緊 過(guò) 盈 量 為 2 m 時(shí) 兩 種 軸 承 預(yù) 緊 剛 度 分 別 為 2 524 N m和 3 786 N m 此 時(shí) 軸 系 固 有 頻 率 為 1 018 Hz 滿 足 要 求 若 要 進(jìn) 一 步 明 顯 提 升 軸 系 固 有 頻 率 則 需 要 成 數(shù) 量 級(jí) 的 提 高 軸 承 預(yù) 緊 剛 度 這 意 味 著 相 當(dāng) 大 的 軸 承 過(guò) 盈 量 會(huì) 極 大 增 加 裝 配 難 度 得 不 償 失 甚 至 根 本 無(wú) 法 實(shí) 現(xiàn) 此 外 大 的 預(yù) 緊 力 意 味 著 大 的 摩 擦 力 矩 在 高 速 下 極 易 導(dǎo) 致 軸 承 和 主 軸 的 溫 升 不 利 于 主 軸 速 度 的 提 高 共 振 振 幅 04 重 慶 工 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) 也 可 能 大 幅 度 增 加 對(duì) 比 兩 圖 可 發(fā) 現(xiàn) 雙 列 圓 柱 滾 子 軸 承 的 剛 度 對(duì) 主 軸 系 統(tǒng) 的 固 有 頻 率 的 影 響 很 大 預(yù) 緊 不 好 會(huì) 使 主 軸 系 統(tǒng) 的 固 有 頻 率 掉 入 共 振 區(qū) 800 Hz 以 下 因 此 認(rèn) 真 調(diào) 整 軸 承 預(yù) 緊 力 對(duì) 保 證 其 剛 度 非 常 重 要 3 模 擬 驗(yàn) 證 根 據(jù) 優(yōu) 化 結(jié) 果 可 以 確 定 最 佳 的 跨 距 和 可 實(shí) 現(xiàn) 的 軸 承 最 佳 預(yù) 緊 剛 度 下 面 通 過(guò) 軸 系 切 削 點(diǎn) 處 對(duì) 切 削 力 的 諧 響 應(yīng) 分 析 對(duì) 優(yōu) 化 結(jié) 果 進(jìn) 行 模 擬 3 1 確 定 加 工 時(shí) 激 振 力 為 了 分 析 簡(jiǎn) 單 可 將 最 大 徑 向 力 與 平 均 徑 向 力 之 差 作 為 簡(jiǎn) 諧 激 振 力 的 幅 值 滾 刀 軸 承 受 的 最 大 徑 向 力 為 402 N 平 均 徑 向 力 為 最 大 徑 向 力 的 45 則 激 振 力 的 幅 值 為 221 N 將 最 大 轉(zhuǎn) 速 下 切 削 力 的 變 化 頻 率 800 Hz 作 為 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 頻 率 相 位 角 近 似 取 為 0 這 樣 就 把 激 振 力 完 全 確 定 了 此 時(shí) 主 軸 系 統(tǒng) 受 到 的 力 可 以 描 述 為 P t P0 P1sin t 181 221sin t 3 2 靜 力 分 析 首 先 對(duì) 切 削 點(diǎn) 處 在 最 大 徑 向 切 削 力 402 N 作 用 下 的 變 形 進(jìn) 行 靜 力 分 析 得 到 變 形 如 圖 6 所 示 此 時(shí) 的 變 形 量 為 0 945 7 m 相 同 的 方 法 在 181 N 徑 向 力 作 用 下 切 削 點(diǎn) 處 變 形 量 為 0 425 8 m 圖 6 主 軸 單 元 靜 力 變 形 3 3 對(duì) 激 振 力 的 諧 響 應(yīng) 分 析 取 激 振 力 的 頻 率 為 700 1500 Hz 載 荷 子 步 為 100 得 出 切 削 點(diǎn) 對(duì) 激 振 力 的 徑 向 響 應(yīng) 位 移 隨 激 振 頻 率 變 化 的 曲 線 如 圖 7 所 示 圖 7 切 削 點(diǎn) 的 位 移 響 應(yīng) 位 移 頻 率 曲 線 由 圖 7 可 知 在 700 Hz 至 1500 Hz 的 頻 率 范 圍 內(nèi) 切 削 點(diǎn) 有 2 個(gè) 位 移 響 應(yīng) 峰 值 分 別 在 1 018 Hz和 1 376 Hz附 近 這 2 個(gè) 頻 率 正 好 是 主 軸 系 統(tǒng) 的 一 階 和 二 階 固 有 頻 率 最 高 工 作 頻 率 為 800 Hz 因 此 能 夠 有 效 避 開 共 振 區(qū) 800 Hz 處 切 削 點(diǎn) 的 變 形 為 0 6 m 加 上 穩(wěn) 態(tài) 力 181 N 產(chǎn) 生 的 靜 力 變 形 實(shí) 際 加 工 過(guò) 程 中 變 形 量 為 0 6 0 425 8 1 024 8 m 與 最 大 徑 向 力 作 用 下 的 靜 力 變 形 量 0 945 7 m相 比 僅 僅 增 加 了 8 左 右 可 見 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 后 的 結(jié) 果 是 可 行 的 4 結(jié) 論 1 支 承 跨 距 對(duì) 軸 系 的 動(dòng) 態(tài) 特 性 影 響 不 是 單 調(diào) 的 選 擇 合 適 的 跨 距 可 以 有 效 地 提 高 整 個(gè) 主 軸 系 統(tǒng) 的 固 有 頻 率 和 剛 度 2 軸 承 自 身 剛 度 對(duì) 軸 系 固 有 頻 率 有 直 接 影 響 并 且 是 單 調(diào) 的 軸 承 預(yù) 緊 剛 度 越 好 軸 系 的 固 有 頻 率 越 高 在 可 能 的 情 況 下 應(yīng) 盡 量 選 用 剛 度 較 高 的 軸 承 但 預(yù) 緊 不 是 無(wú) 限 的 要 考 慮 裝 配 和 發(fā) 熱 3 靠 近 加 工 區(qū) 域 的 軸 承 組 的 剛 度 對(duì) 軸 系 剛 度 和 固 有 頻 率 影 響 最 大 應(yīng) 選 用 較 高 剛 度 軸 承 同 時(shí) 軸 承 支 承 內(nèi) 結(jié) 合 表 面 的 精 度 和 剛 度 要 求 較 高 以 保 證 內(nèi) 徑 均 勻 受 力 4 盡 可 能 減 少 激 振 源 及 激 振 力 的 振 幅 避 免 共 振 現(xiàn) 象 的 產(chǎn) 生 主 軸 單 元 的 激 振 力 除 了 切 削 力 外 還 有 主 軸 自 身 產(chǎn) 生 的 慣 性 力 不 平 衡 力 等 因 此 必 須 采 用 嚴(yán) 格 的 對(duì) 稱 設(shè) 計(jì) 原 理 并 對(duì) 其 進(jìn) 行 動(dòng) 平 衡 下 轉(zhuǎn) 第 46 頁(yè) 14陳 碧 楠 等 高 速 干 式 切 削 滾 齒 機(jī) 刀 架 部 件 滾 刀 軸 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 制 爐 內(nèi) SiC粉 源 的 填 充 密 度 和 透 氣 性 填 充 密 度 與 導(dǎo) 熱 系 數(shù) 及 對(duì) 流 換 熱 系 數(shù) 有 一 定 關(guān) 系 增 加 粉 源 的 透 氣 性 有 利 于 熱 量 的 傳 遞 及 升 華 但 要 求 透 氣 性 的 增 加 不 影 響 到 SiC粉 源 的 填 充 密 度 通 過(guò) 采 用 合 理 的 工 藝 如 采 用 調(diào) SiC粉 源 晶 粒 的 尺 寸 減 少 雜 質(zhì) 含 量 等 措 施 可 以 既 增 加 粉 源 的 透 氣 性 又 增 加 爐 料 的 填 充 密 度 三 是 減 少 生 長(zhǎng) 爐 外 表 的 散 熱 損 失 及 防 止 熱 量 對(duì) 操 作 人 員 的 影 響 應(yīng) 當(dāng) 適 當(dāng) 增 加 保 溫 料 的 厚 度 通 過(guò) 以 上 幾 個(gè) 方 面 的 改 進(jìn) 可 以 改 善 SiC單 晶 生 長(zhǎng) 區(qū) 域 的 溫 度 分 布 從 而 提 高 SiC 單 晶 的 生 長(zhǎng) 率 和 成 品 率 5 結(jié) 論 1 有 限 元 法 計(jì) 算 無(wú) 內(nèi) 熱 源 非 穩(wěn) 態(tài) 溫 度 場(chǎng) 的 基 本 計(jì) 算 方 程 為 9JD 9Tl kD kr 9Wl 9x 9T 9x 9Wl 9r 9T 9r cpWlr 9T 9r d xd r kWlr 9T9nds 0 l 1 2 n 2 改 善 SiC單 晶 爐 生 長(zhǎng) 腔 內(nèi) 溫 度 場(chǎng) 分 布 的 措 施 除 了 改 變 石 墨 坩 堝 的 形 狀 感 應(yīng) 加 熱 線 圈 的 位 置 及 籽 晶 底 座 之 外 還 可 改 變 感 應(yīng) 線 圈 中 的 載 荷 和 石 墨 坩 堝 的 厚 度 參 考 文 獻(xiàn) 1 Cree Cree 是 LED 芯 片 高 功 率 LED LED 背 光 源 開 關(guān) 電 源 器 件 和 無(wú) 線 通 信 器 件 的 市 場(chǎng) 領(lǐng) 導(dǎo) 者 EB OL 1996 04 11 www cree com 2 Erwin Schmitt Thomas Straubinger Michael Rasp et al Andreas Wohlfart Polytype stability and defects in differ2 ently doped bulk SiC J Journal of Crystal Growth 2008 310 966 970 3 李 人 憲 有 限 元 法 基 礎(chǔ) M 北 京 國(guó) 防 工 業(yè) 出 版 社 2004 4 Arka Majumdar Bulk Growth Of Silicon2Carbide Crystals Dept of Electronics Electrical Communication Engineer2 ing M Kharagpur Indian Institute of Technology 2002 5 張 國(guó) 智 熱 力 學(xué) 有 限 元 分 析 實(shí) 例 指 導(dǎo) 教 程 M 北 京 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 2007 6 孔 祥 謙 有 限 單 元 法 在 傳 熱 學(xué) 中 的 應(yīng) 用 M 北 京 科 學(xué) 出 版 社 1998 責(zé) 任 編 輯 陳 松 上 接 第 41 頁(yè) 參 考 文 獻(xiàn) 1 張 朝 暉 ANSYS8 0 機(jī) 構(gòu) 分 析 及 實(shí) 例 解 析 M 北 京 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 2005 2 劉 潤(rùn) 愛 張 根 保 滾 齒 機(jī) 及 滾 齒 加 工 技 術(shù) 的 發(fā) 展 趨 勢(shì) J 現(xiàn) 代 制 造 工 程 2003 11 84 96 3 胡 愛 玲 高 速 電 主 軸 動(dòng) 靜 態(tài) 特 性 的 有 限 元 分 析 D 廣 州 廣 東 工 業(yè) 大 學(xué) 2004 4 陳 碧 楠 楊 濤 雙 螺 桿 壓 縮 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 型 線 構(gòu) 形 及 計(jì) 算 機(jī) 輔 助 設(shè) 計(jì) J 重 慶 工 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) 自 然 科 學(xué) 2008 9 36 39 責(zé) 任 編 輯 陳 松 64 重 慶 工 學(xué) 院 學(xué) 報(bào)