Реферат: Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной аппаратуры
го действия), т.е. генерацию структуры по выражению (3.33). При
этом формула строения принимает вид:
Указанная проектная цель была достигнута в разработанном
сверхвысоковакуумном затворе с электромеханическим приводом путем
синтеза зубчато-кулачкового механизма, расположенного вне вакуум-
ной полости (рис. П.12, П.12А,Б).
Рассматриваемый затвор является конструкцией нового, ранее не
описанного типа устройств с механизмами переменной структуры: с
отключением механизма герметизации при перекрывании проходного от-
верстия и с отключением механизма перемещения уплотнительного
диска при его герметизации, что отмечено при разработке структур-
- 133 -
но-конструктивной классификации ВКА (п. 1.3), а формально было
предопределено при анализе множества возможных формул строения ВКА
(выражение (3.33)).
Подобное выполнение устройства позволило исключить механизмы
из вакуумной полости, что повышает ресурс работы затвора, упрощает
его управление и наладку при сохранении автономного (в сравнении с
пневмоуправляемыми конструкциями) привода [158].
4.4.3. Конструкции ВКА, разработанные на основе использования
различных физических эффектов.
При создании конструкций ВКА, описываемых в настоящем разделе
использован программный модуль "VP2".
Использование ФЭ в структуре ВКА как правило приводит к ее
усложнению и удорожанию, поэтому их применение целесообразно, в
основном, в сверхвысоковакуумных конструкциях, что объясняется
сложностью и особенностями функционирования подобной ВКА.
Главным недостатком цельнометаллической ВКА является большое
усилие герметизации уплотнительной пары, что приводит к повышенной
требуемой мощности привода, росту массо-габаритных характеристик и
снижению ресурса работы устройств. В связи с этим основной целью
проектирования является уменьшение действующих в ВКА усилий.
Достичь желаемого позволяет ФЭ, получивший название "гистерезис
натеканий" и заключающийся в возможном снижении после герметизации
УП прикладываемых к ней усилий в 2-3 раза, не приводящем к разгер-
метизации стыка [70, 159].
С использованием данного ФЭ разработан способ герметизации
цельнометаллического разъемного вакуумного соединения, который мо-
жет быть реализован как с помощью средств управления [160, 161],
так и с помощью ФЭ, преобразующих немеханическую энергию в механи-
- 134 -
ческую [162]. Уточненная с учетом выявленной вспомогательной функ-
ции - "разгрузить уплотнительную пару" - обобщенная функцио-
нальная структура , представлена на рис. П.13. Причем выполне-
ние функции может быть реализовано соответствующим перемещени-
ем уплотнительного диска.
Конкретная реализация подобной получена в конструкции
сверхвысоковакуумного клапана, приведенной на рис. П.14, использу-
ющей ФЭ "тепловое расширение" - преобразование тепловой энергии в
механическую (перемещение уплотнительного диска за счет изменения
линейных размеров штока при нагреве). При этом введение в структу-
ру предлагаемого устройства ФМ "нагреватель", включение которого
герметизирует УП, а отключение - разгружает ее (после остывания
штока), позволяет уменьшить усилия в элементах клапана в положении
"закрыто", избавиться от перегрузок на уплотнительную пару в мо-
мент герметизации и при прогревах; снизить мощность используемого
привода, что существенно повышает надежность и ресурс работы
конструкций [163].
Анализ дерева целей проектирования, представленного на рис.
2.8, позволяет сформировать косвенные пути решения поставленной
задачи. В частности, как отмечалось в п. 2.4 уменьшение усилия
герметизации, связанно с изменением свойств материала уплотнителя,
например, предела его текучести. Более подробное изучение данной
проблемы показало, что существенное влияние на этот параметр ока-
зывает образующаяся на поверхности уплотнителя оксидная пленка
[67]. Таким образом, сформировалась дополнительная функция ВКА
- "удалить оксидную пленку с поверхности уплотнителя". Уточненная
, учитывающая данную функцию представлена на рис. П.15. Для ре-
ализации выявленной дополнительной функции был использован ФЭ
диссоциации окислов под воздействием потока электронов [164].
Конструкция сверхвысоковакуумного затвора, позволяющая воплотить
- 135 -
данный ФЭ, приведена на рис. П.16, П.16А,Б, из которых видно, что
дополнительная функция ВКА повлекла за собой изменение структуры
ВКА за счет появления нового ФМ "катодный узел".
Подобное выполнение устройства позволяет уменьшить усилие
герметизации вследствие устранения промежуточного слоя окисла и
повышения пластичности уплотнителя путем уничножения оксидной
пленки на его поверхности, что существенно повышает надежность и
ресурс работы затвора и уменьшает массо-габаритные характеристики
привода [165].
Выводы.
1. Создан комплекс программных средств, реализущий разрабо-
танные методики и позволяющий автоматизировать основные этапы
функционального и схемотехнического проектирования ВКА. Использо-
вание программных средств, предоставляя возможность рассмотрения
всех вариантов генерируемых технических решений ВКА, в 3-4 раза
уменьшает трудоемкость конструкторских разработок по сравнению с
нормами традиционного проектирования.
2. Разработанное программное обеспечение параметрического
анализа конструкций ВКА инвариантно и может быть использовано для
анализа ТО любой предметной области при создании соответствующего
информационного обеспечения.
3. На базе предложенного алгоритма схемотехнического и функ-
ционального проектирования ВКА, а также созданных программных
средств, разработана структурно-функциональная модель САПР ВКА,
реализующая этапы синтеза, анализа и моделирования ВКА, использо-
вание которой позволит конструктору получать принципиально новые
технические решения.
4. На основе применения созданных программных средств м раз-
- 136 -
личных методик схемотехнического и функционального проектирования
разработаны новые перспективные конструкции ВКА, отличающиеся по-
вышенными технико-экономическими показателями, в частности, в 2-4
раза меньшими потребляемой мощностью и массо-габаритными характе-
ристиками, в 1,5-2 раза повышенными ресурсом и надежностью работы.
5. Практически реализована конструкция нового, ранее не
встречавшегося в практике конструирования типа ВКА с механизмами
переменной структуры: с отключением механизма герметизации при пе-
рекрывании проходного отверстия и с отключением механизма переме-
щения уплотнительного диска при его герметизации, выявленная в
процессе разработки методических основ синтеза механизмов ВКА.
.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выполненный комплекс теоретических, исследовательских и
конструкторских работ и полученные результаты позволяют сделать
следующие выводы:
1. На основе анализа требований и эволюции оборудования про-
изводства изделий электронной техники выявлена потребность разра-
ботки новых конструкций ВКА. Показана необходимость новых подходов
к проектированию ВКА, использование которых раскрывает и усиливает
творческие возможности конструктора и предоставляет ему методы для
поддержки принимаемых им решений.
2. Проведен системный анализ ВКА, позволивший разработать ин-
вариантные относительно иерархического уровня модели ВКА как объ-
екта конструирования и системную модель процесса проектирования
ВКА, являющиеся основой создания методик функционального и схемо-
технического проектирования. На основе системного анализа произве-
дена структуризация требований, предъявляемых к ВКА, и формализо-
ваны процедуры формирования исходных данных для различных этапов
проектирования, позволяющие устранить ошибки конструктора, умень-
шить количество итераций и исключить неопределенность и противоре-
чивость данных при проектировании.
3. Осуществлен функционально-структурный анализ ВКА, на осно-
ве которого выявлена обобщенная структура ВКА и установлена ее
стабильность, что обеспечило использование методов поискового
конструирования для схемотехнического проектирования ВКА. Показана
целесообразность применения наиболее естественного для практики
конструирования метода морфологического анализа и синтеза, позво-
ляющего формализовать процесс синтеза структурных схем ВКА и об-
легчающего работу конструктора.
4. Разработаны математические модели ВКА на этапах функцио-
нального и схемотехнического проектирования. Обоснованы и выведены
критерии оптимальности ВКА, позволившие определить пути совер-
шенствования и выбор наилучших технических решений ВКА. Изучено
влияние кинематических и динамических свойств механизмов ВКА на ее
показатели качества и процесс функционирования.
5. Предложена обобщенная модель функционально-схемотехни-
ческого проектирования ВКА, предоставляющая конструктору упорядо-
ченную последовательность действий, необходимых для выбора страте-
гии при создании ВКА.
6. Разработаны методика и математические модели функциональ-
ного и схемотехнического проектирования ВКА, позволяющие конструк-
тору генерировать и находить удовлетворяющие ТЗ технические реше-
ния ВКА тогда, когда его опыта и интуиции недостаточно. Методика
позволяет конструктору как самому, так и с помощью средств вы-
числительной техники осуществить синтез ФПД ВКА и целенаправленный
процесс генерации структур ВКА, их поиск и выбор рациональных тех-
нических решений.
7. Создана методика синтеза ФПД как этапа функционального
проектирования ВКА, позволяющая разрабатывать функциональную
структуру ВКА тогда, когда разработка ее элементной структуры на
основе известных функциональных структур не удовлетворяет требова-
ниям ТЗ.
8. Разработана методика и математическая модель оценки
конструкций ВКА и ее структурных составляющих, позволяющая
конструктору производить оценку их технического уровня и выявлять
необходимость проведения модернизации конструкций.
9. Развита классификация ВКА, включающая признаки используе-
мых механизмов и являющаяся основой их синтеза. Выявлен новый, ра-
нее не встречающийся в практике конструирования класс устройств с
механизмами переменной структуры: с отключением механизма гермети-
зации при перекрывании проходного отверстия и с отключением меха-
низма перемещения уплотнительного диска при его герметизации.
Предложена методика синтеза механизмов ВКА, обеспечивающая возмож-
ность формирования их кинематических схем.
10. Создан комплекс программных средств, реализующий разрабо-
танные методики и позволяющий автоматизировать основные этапы
функционального и схемотехнического проектирования ВКА, использо-
вание которого в 3 - 4 раза уменьшает трудоемкость конструкторских
разработок по сравнению с нормами традиционного проектирования. На
основе полученных результатов разработана функционально-структур-
ная модель САПР ВКА, реализующая этапы синтеза, анализа и модели-
рования ВКА, использование которой позволит конструктору получать
принципиально новые технические решения.
11. На базе проведенных теоретических и экспериментальных
исследований разработаны новые перспективные конструкции ВКА, от-
личающиеся повышенными технико-экономическими показателями, в
частности, меньшими (в 2 - 4 раза) потребляемой мощностью и
массо-габаритными характеристиками, повышенными (в 1,5 - 2 раза)
ресурсом и надежностью работы.
Результаты работы внедрены на заводе "Темп" (г. Фурманов),
экономический эффект оценивается в 55 тыс.руб., в ОИЯИ (г. Дубна),
а также в НПО "Вакууммашприбор" (г. Москва) и в НИИТМ (г. Зеленог-
рад).
.
ЛИТЕРАТУРА
1. Данилин Б.С. Вакуумные технологические процессы и оборудо-
вание микроэлектроники. - М.: Машиностроение, 1987. - 71 с.
2. Sharma J.K.N. Vacuum systems for ion implantation equipment
// Solid State Technol. - V. 17, N 12, 1974.
3. Тихонов А.Н. Особенности проектирования вакуумных систем
современного микрозондового оборудования. / Межвузовский
сборник."Электронное машиностроение, робототехника, техно-
логия ЭВП". - М.: МИЭМ, 1984. - с. 123 - 128.
4. Попов В.Ф. Ионно-лучевые установки. - Л.: Энергоиздат, 1981.
- 136 с.
5. Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно-ион-
ной технологии. - М.: Высшая школа, 1988. - 255 с.
6. Weston G.F. Materials for ultrahigh Vakuum. // Vakuum. - V.
25, N 7, 1975.
7. Jlsey R.J. Outgassing of vakuum materials. I. // Vakuum. -
V. 25, N 7, 1975.
8. Жилнин В.С., Жилнина Л.П., Кузьмин А.А. Исследование
десорбции паров воды с поверхности нержавеющей стали
Х18Н10Т в вакууме 10 - 10 торр при различных температурах.
/ Сборник ЭТ, сер. 4 "Электровакуумные и газоразрядные при-
боры". - М.: 1974.
9. Фигнер А.И. Высоковакуумная техника. / Сборник "Электроника
и ее применение". - М.: 1978.
10. Дьяков Ю.Н., Лукичев А.В., Тимофеев Б.В. Современные требо-
вания к технологическим средам и химикатам, используемым
для микроэлектроники. // Электронная промышленность. - Вып.
155, N 7, 1986. - с. 3 - 11.
- 2 -
11. Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Ионно-плазменная обработка ма-
териалов. - М.: Радио и связь. 1986. - 232 с.
12. Данилин Б.С., Киреев В.Ю. Применение низкотемпературной
плазмы для травления и очистки материалов. - М.: Энергоато-
миздат, 1987. - 264 с.
13. Hoh P.D. Quantative particulate contamination studies
utilirinq reduced turbulence pumping and Ventig. // J.Vac.
Sci. and Technol. - V. 2, N 2, 1984. - p. 198.
14. Jolliver D.L. Contamination control: New dimensions in VLSI
manufacturing.// Solid State Tehnol. - 1984,March. - 129 р.
15. Микролитография второй половины 80-х годов. - ЦНИИ "Элект-
роника", вып. 21, 1985. - 5 с.
16. Winkler O. Le developpement de la metallurgie sous vide et
ses perspectives. // Le Vide. - V. 31, N 181, 1976.
17. Пипко А.И. Вакуумно-термическое оборудование в производстве
изделий электронной техники.- М.:Машиностроение,1986.- 55с.
18. Bauer R. Der Vacuumofen-Grundlage wirtschaflicher Warmebe-
handlungsverfahren.// Techn. Zbl. prakt. Metallbearb. - V.
70, N 11, 1976.
19. Ковалев Л.К. Вакуумное оборудование для производства тон-
копленочных структур квантовой электроники. // Обзоры по
ЭТ, серия 11 "Лазерная техника и оптоэлектроника". - 1982,
вып. 2 (886) - 83 с.
20. Розанов Л.Н. Вакуумные машины и установки. - Л.: Машиност-
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
