一種可實(shí)現(xiàn)爐門升降和旋轉(zhuǎn)一體運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可實(shí)現(xiàn)爐門升降和旋轉(zhuǎn)一體運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，在帶有限位及導(dǎo)向作用凹槽的固定螺桿的外表面和活動(dòng)螺桿外管的內(nèi)表面加工有一段相對(duì)應(yīng)配合的傳動(dòng)螺紋，驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)軸承組件帶動(dòng)螺桿外管的螺紋牙與螺桿的螺紋槽旋合，并使螺桿外管沿螺桿的凹槽升降，螺桿外管通過(guò)懸臂帶動(dòng)爐門升降及旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)爐門開(kāi)閉的精確控制。本發(fā)明僅通過(guò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)源，利用螺桿與螺桿外管上設(shè)計(jì)的一段傳動(dòng)螺紋副的旋合作用，以及利用螺桿凹槽的限位和導(dǎo)向作用，就可簡(jiǎn)單控制實(shí)現(xiàn)爐門升降和旋轉(zhuǎn)的一體化運(yùn)動(dòng)，不但確保了運(yùn)動(dòng)的可靠性，而且縮短了運(yùn)動(dòng)時(shí)間，提高了工藝效率，從而節(jié)約了成本。
【專利說(shuō)明】一種可實(shí)現(xiàn)爐門升降和旋轉(zhuǎn)一體運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體立式熱處理設(shè)備的爐門運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，更具體地，涉及一種可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體立式熱處理設(shè)備的爐門升降和旋轉(zhuǎn)一體運(yùn)動(dòng)的控制機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體立式熱處理設(shè)備可包括例如立式氧化爐、LPCVD爐、立式退火爐等。在半導(dǎo)體立式熱處理設(shè)備開(kāi)始進(jìn)行工藝之前，也就是將石英舟和硅片送入加熱腔室之前，需要打開(kāi)爐門；在工藝結(jié)束之后，也就是將石英舟和硅片移出加熱腔室之后，需要封閉爐門，以起到隔離熱量等作用。其動(dòng)作過(guò)程請(qǐng)參閱圖1，圖1是一種半導(dǎo)體立式熱處理設(shè)備工藝腔區(qū)域的爐門安裝位置結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，在工藝開(kāi)始前，爐門驅(qū)動(dòng)裝置24驅(qū)動(dòng)爐門23豎直向下運(yùn)動(dòng)；下降一段距離后爐門23脫離爐口，且不與設(shè)于爐門口的吸氣裝置210發(fā)生干涉時(shí)，再使?fàn)t門23水平旋轉(zhuǎn)，打開(kāi)爐門，然后就可以進(jìn)行工藝；工藝開(kāi)始時(shí)，處于硅片承載區(qū)域25內(nèi)、承載石英舟26、保溫桶28和硅片27的工藝門29，在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下直線向上運(yùn)動(dòng)，將石英舟26、保溫桶28和硅片27移進(jìn)已經(jīng)打開(kāi)的爐口，進(jìn)入加熱爐體21內(nèi)的石英加熱腔室22進(jìn)行工藝。
[0003]目前，對(duì)立式爐的爐門運(yùn)動(dòng)控制，在領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最多的是氣動(dòng)爐門、步進(jìn)電機(jī)爐門等方式。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，采用步進(jìn)電機(jī)方式控制爐門升降及旋轉(zhuǎn)的，是利用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)連接同步帶輪以及減速裝置，實(shí)現(xiàn)爐門的升降和旋轉(zhuǎn)。在這種方式中，步進(jìn)電機(jī)需要同步皮帶的驅(qū)動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間后皮帶容易出現(xiàn)磨損、張力不足和打滑等現(xiàn)象，影響爐門運(yùn)動(dòng)的控制。而且，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要用到兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)、一個(gè)減速機(jī)、一套絲杠螺母和一套滑塊導(dǎo)軌。這樣使得成本很高，不但體積、 重量大，而且利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，容易出現(xiàn)爐門擺動(dòng)不到位的情況。
[0005]中國(guó)發(fā)明專利CN102719805A —種用于PECVD設(shè)備的自動(dòng)爐門機(jī)構(gòu)公開(kāi)了一種爐門氣動(dòng)控制技術(shù)，利用一個(gè)X向直線氣缸以及連桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)爐門的擺動(dòng)；以及利用一個(gè)Y向直線氣缸，實(shí)現(xiàn)爐門的開(kāi)合。這種結(jié)構(gòu)用到兩個(gè)直線氣缸、一套連桿機(jī)構(gòu)和用于定位方向的導(dǎo)軌，需要至少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)部件，導(dǎo)致成本較高、體積和重量比較大。
[0006]上述現(xiàn)有技術(shù)存在成本較高、體積和重量比較大，以及結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的共同缺陷，這相對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)成本控制嚴(yán)格、對(duì)設(shè)備占用空間及可維護(hù)性有著苛刻限制的要求是非常不利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制精確、空間占用小、維護(hù)方便的新型爐門運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，通過(guò)在爐門控制機(jī)構(gòu)中利用螺紋旋合產(chǎn)生相對(duì)位移及旋轉(zhuǎn)的原理，設(shè)計(jì)出一種獨(dú)特的控制單元，可實(shí)現(xiàn)爐門升降和旋轉(zhuǎn)的一體化運(yùn)動(dòng)，不但減少了驅(qū)動(dòng)源，確保了爐門運(yùn)動(dòng)的可靠性，而且縮短了運(yùn)動(dòng)時(shí)間，從而提高了半導(dǎo)體立式熱處理設(shè)備的工藝效率。[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:[0009]一種可實(shí)現(xiàn)爐門升降和旋轉(zhuǎn)一體運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，包括爐門聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括:
[0010]一螺桿，所述螺桿為固定件，表面加工有一段螺紋槽和一軸向豎直凹槽，所述螺紋槽的末端與所述凹槽的末端相切；
[0011]一螺桿外管，所述螺桿外管為活動(dòng)件，內(nèi)表面加工有一段與所述螺桿螺紋槽相對(duì)應(yīng)的螺紋牙，所述螺桿外管與所述螺桿套接；其中，所述螺桿外管的螺紋牙可容納在所述螺桿凹槽內(nèi)，并可與所述螺桿對(duì)應(yīng)的螺紋槽旋合形成螺紋副；所述螺桿外管與爐門固定連接，所述螺桿外管還活動(dòng)連接驅(qū)動(dòng)裝置。
[0012]本技術(shù)方案通過(guò)螺桿和螺桿外管兩個(gè)零件的旋合過(guò)程，就可以實(shí)現(xiàn)爐門升降與旋轉(zhuǎn)的同步進(jìn)行。螺桿為固定件，當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)軸承組件給予活動(dòng)的螺桿外管向上推力時(shí)，由于螺桿和螺桿外管套接，所對(duì)應(yīng)的螺紋旋合形成螺紋副，螺紋受徑向分力的作用，螺桿外管會(huì)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。因受軸向分力，使螺桿外管上升，當(dāng)上升一定高度后(高度可根據(jù)需求自行設(shè)計(jì)螺紋升角)，螺紋旋合結(jié)束(螺紋的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)決定旋轉(zhuǎn)的擺角)，螺紋相分離。此時(shí)，螺桿外管的凸出螺紋牙結(jié)束端面與螺桿上的凹槽側(cè)面接觸，起到限位作用，故旋轉(zhuǎn)停止。因而，螺桿外管沿著螺桿上的凹槽只進(jìn)行上升運(yùn)動(dòng)，當(dāng)螺桿外管運(yùn)動(dòng)到限定位置后，結(jié)束上升運(yùn)動(dòng)。在此過(guò)程中，螺桿外管通過(guò)連接的懸臂帶動(dòng)爐門實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和上升。驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)將爐門抬升，在抬升的過(guò)程中，由于螺紋的旋合作用，爐門同時(shí)會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到與爐口同心的位置時(shí)(旋轉(zhuǎn)的擺角由設(shè)計(jì)的螺紋長(zhǎng)度決定)，由于螺桿凹槽的限位作用，爐門就停止旋轉(zhuǎn)。爐門停止旋轉(zhuǎn)后只是進(jìn)行上升動(dòng)作，上升到指定高度后停止上升，完成一次爐門的封閉。
[0013]當(dāng)需要打開(kāi)爐門時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置將爐門降下，此時(shí)的作用力只要減小小于頂起的力，爐門就會(huì)由于自重而下落。初始下落為直線運(yùn)動(dòng)，到達(dá)螺桿上的凹槽下端與螺紋槽結(jié)束端交界面自然形成的角度限位后，螺紋開(kāi)始旋合，爐門也隨著開(kāi)始旋轉(zhuǎn)下降。當(dāng)?shù)竭_(dá)螺紋開(kāi)始端時(shí)，螺紋旋合停止，螺桿外管停止轉(zhuǎn)動(dòng)，爐門同時(shí)旋轉(zhuǎn)到位，完成一次爐門的打開(kāi)。
[0014]進(jìn)一步地，所述螺紋槽、螺紋牙的螺紋牙型為梯形或矩形傳動(dòng)螺紋，以減小旋合時(shí)需要的推力。
[0015]進(jìn)一步地，所述螺紋槽、螺紋牙的螺紋升角大于自鎖角，這樣，在螺紋旋合時(shí)就不會(huì)發(fā)生螺紋自鎖現(xiàn)象。
[0016]進(jìn)一步地，所述螺紋槽的末端與所述凹槽的末端相切，其中，所述凹槽的底面與螺紋槽底面同面，所述凹槽的二個(gè)側(cè)壁分別與螺紋槽的上、下側(cè)面相切。
[0017]進(jìn)一步地，所述螺紋槽的開(kāi)始端位于所述螺桿表面的下端，所述螺紋牙的開(kāi)始端位于所述螺桿外管內(nèi)表面的下端。這種設(shè)計(jì)使螺桿外管可從螺桿的凹槽上部開(kāi)始與螺桿套接，或從螺桿下端直接旋合套接。
[0018]進(jìn)一步地，所述螺紋槽的上側(cè)面開(kāi)始端具有一豎直端面，所述螺紋牙開(kāi)始端的端面、結(jié)束端的端面與所述凹槽的對(duì)應(yīng)側(cè)壁同向，所述凹槽側(cè)壁的延伸面通過(guò)所述螺桿的軸線。當(dāng)螺紋從螺桿下端開(kāi)始加工時(shí)，在爐門下降、螺紋旋合結(jié)束時(shí)，此豎直端面起到限位作用，避免螺桿外管的螺紋牙滑出螺桿的螺紋槽，使?fàn)t門旋轉(zhuǎn)的角度得到精確控制。
[0019]進(jìn)一步地，所述螺桿外管是通過(guò)套接于其外的軸承組件連接驅(qū)動(dòng)裝置，所述軸承組件包括角接觸球軸承、帶孔的軸承蓋和軸承座；其中，所述角接觸球軸承與螺桿外管套接，并安裝在軸承座中，所述角接觸球軸承上方設(shè)有軸承蓋，所述軸承蓋與軸承座固定連接，所述軸承座固定連接驅(qū)動(dòng)裝置；所述螺桿與螺桿外管套接，螺桿下端穿過(guò)所述軸承座連接一固定支架。在爐門升降過(guò)程中，由于爐門的懸臂結(jié)構(gòu)，會(huì)產(chǎn)生徑向的傾覆力矩。本技術(shù)方案中利用角接觸球軸承來(lái)承擔(dān)徑向力，使螺桿上只受到軸向力。
[0020]進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)裝置為驅(qū)動(dòng)氣缸，所述氣缸的活塞桿連接氣缸外接的轉(zhuǎn)角滑臺(tái)的上端，所述轉(zhuǎn)角滑臺(tái)的側(cè)部通過(guò)一安裝板與軸承組件的軸承座固定連接，所述氣缸缸體側(cè)部與滑臺(tái)側(cè)部之間通過(guò)滑塊導(dǎo)軌連接。利用滑塊導(dǎo)軌來(lái)承擔(dān)作用在氣缸活塞桿上的徑向力。所述氣缸缸體還通過(guò)固定支架與螺桿下端相連接。
[0021]在爐門運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，可控制氣缸的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、緩慢，使?fàn)t門旋轉(zhuǎn)也平穩(wěn)緩慢，這樣可使?fàn)t門平穩(wěn)地到達(dá)限位，減小沖擊。
[0022]如果在氣缸的氣路中增加三通閥，還可使得氣缸實(shí)現(xiàn)斷電自保持，即使出現(xiàn)了突然的斷電情況，氣缸仍然能保壓，頂住爐門，避免發(fā)生意外情況。
[0023]進(jìn)一步地，所述螺桿上端連接一限位頂環(huán)，用來(lái)限制螺桿外管的上升高度。所述限位頂環(huán)與熱處理設(shè)備內(nèi)部固定安裝；所述螺桿下端連接一固定支架，所述支架與熱處理設(shè)備內(nèi)部固定安裝。
[0024]進(jìn)一步地，所述螺桿外管的形狀為帶頸法蘭形，其頸部與所述軸承組件的角接觸球軸承過(guò)盈配合，其法蘭部靠壓角接觸球軸承。所述螺桿外管的上端面通過(guò)懸臂連接爐門。
[0025]進(jìn)一步地，所述帶頸法蘭形螺桿外管的頸部開(kāi)有徑向卡槽，卡槽設(shè)有一彈性擋圈，所述彈性擋圈卡壓所述軸承組件的角接觸球軸承的下端，用來(lái)限制角接觸球軸承的移動(dòng)。
[0026]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明僅通過(guò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)源，利用螺桿上與螺桿外管內(nèi)設(shè)計(jì)的一段傳動(dòng)螺紋副的旋合作用，以及利用螺桿凹槽的限位和導(dǎo)向作用，實(shí)現(xiàn)帶動(dòng)爐門旋轉(zhuǎn)與升降的功能。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)有:
[0027]1.增加了結(jié)構(gòu)的可靠性。螺桿與螺桿外管上的限位結(jié)構(gòu)，使得爐門的動(dòng)作路徑被限制，不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)榭刂圃虺霈F(xiàn)爐門的過(guò)運(yùn)動(dòng)；而且采用一個(gè)氣缸的驅(qū)動(dòng)方式使得運(yùn)動(dòng)不會(huì)中途停止，每次運(yùn)動(dòng)都會(huì)到位；斷電自保持的設(shè)計(jì)使得發(fā)生斷電時(shí)爐門也不會(huì)因?yàn)樽灾囟侣?，確保安全。
[0028]2.提高了運(yùn)動(dòng)效率。將兩個(gè)動(dòng)作合為一個(gè)動(dòng)作進(jìn)行，減少了運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。
[0029]3.節(jié)約成本。一個(gè)驅(qū)動(dòng)源和相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，使得本發(fā)明的成本較現(xiàn)有其他結(jié)構(gòu)的成本降低。
[0030]4.控制簡(jiǎn)單。旋轉(zhuǎn)、升降兩個(gè)動(dòng)作只需要給定一個(gè)動(dòng)作信號(hào)即可完成，擁有限位結(jié)構(gòu)不需要傳感器的反饋，使得控制簡(jiǎn)化，也提高了機(jī)構(gòu)的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1是一種半導(dǎo)體立式熱處理設(shè)備工藝腔區(qū)域的爐門安裝位置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是本發(fā)明一種可實(shí)現(xiàn)爐門升降和旋轉(zhuǎn)一體運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)裝配示意圖；
[0033]圖3是本發(fā)明的爐門聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的螺桿結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4是本發(fā)明的爐門聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的螺桿外管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖5是本發(fā)明的爐門聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的螺桿與螺桿外管組合狀態(tài)示意圖；[0036]圖6是本發(fā)明的爐門聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)中螺桿外管的螺紋牙旋入螺桿凹槽時(shí)的狀態(tài)示意圖；
[0037]圖7是本發(fā)明一種可實(shí)現(xiàn)爐門升降和旋轉(zhuǎn)一體運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0038]圖8是本發(fā)明一種可實(shí)現(xiàn)爐門升降和旋轉(zhuǎn)一體運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)裝配狀態(tài)分解示意圖。
[0039]圖中1.螺桿，2.螺桿外管，3.頂環(huán)，4.軸承蓋，5.角接觸球軸承，6.彈性擋圈，
7.軸承座，8.懸臂，9.爐門，10.支架，11.安裝板，12.氣缸，13.滑塊導(dǎo)軌，14.轉(zhuǎn)角滑臺(tái)，15.螺紋槽，16.凹槽，17.螺紋牙，18.螺紋槽上側(cè)面開(kāi)始端端面，19.卡槽，21.爐體，22.加熱腔室，23.爐門，24.爐門驅(qū)動(dòng)裝置，25.硅片承載區(qū)域，26.石英舟，27.硅片，28.保溫桶，29.工藝門，210.吸氣裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0041]首先介紹一下在通常的半導(dǎo)體立式熱處理設(shè)備中，爐門的安裝位置和工藝要求。半導(dǎo)體立式熱處理設(shè)備可包括例如立式氧化爐、LPCVD爐、立式退火爐等，爐門的作用在于封閉設(shè)備的加熱腔室，并與外界隔離。在半導(dǎo)體立式熱處理設(shè)備開(kāi)始進(jìn)行工藝之前，也就是將石英舟和硅片送入加熱腔室之前，需要打開(kāi)爐門；在工藝結(jié)束之后，也就是將石英舟和硅片移出加熱腔室之后，需要封閉爐門，以起到隔離熱量等作用。
[0042]請(qǐng)參閱圖1，圖1是一種半導(dǎo)體立式熱處理設(shè)備工藝腔區(qū)域的爐門安裝位置結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，在工藝開(kāi)始前，爐門驅(qū)動(dòng)裝置24驅(qū)動(dòng)爐門23豎直向下運(yùn)動(dòng)；下降一段距離后爐門23脫離爐口，且不與設(shè)于爐門口的吸氣裝置210發(fā)生干涉時(shí)，再使?fàn)t門23水平旋轉(zhuǎn)，打開(kāi)爐門，然后就可 以進(jìn)行工藝；工藝開(kāi)始時(shí)，處于硅片承載區(qū)域25內(nèi)、承載石英舟26、保溫桶28和硅片27的工藝門29，在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下直線向上運(yùn)動(dòng)，將石英舟26、保溫桶28和硅片27移進(jìn)已經(jīng)打開(kāi)的爐口，進(jìn)入加熱爐體21內(nèi)的石英加熱腔室22進(jìn)行工藝。
[0043]下面開(kāi)始介紹本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0044]在本實(shí)施例中，請(qǐng)參閱圖2，圖2是本發(fā)明一種可實(shí)現(xiàn)爐門升降和旋轉(zhuǎn)一體運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)裝配示意圖。如圖所示，本發(fā)明的爐門機(jī)構(gòu)中，爐門23通過(guò)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接驅(qū)動(dòng)氣缸12。工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)氣缸12驅(qū)動(dòng)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)部件發(fā)生旋轉(zhuǎn)和升降，帶動(dòng)與之相連的爐門23運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)爐門的開(kāi)閉和旋轉(zhuǎn)。
[0045]下面介紹一下本發(fā)明用于實(shí)現(xiàn)爐門旋轉(zhuǎn)和升降的零件結(jié)構(gòu)。
[0046]請(qǐng)參閱圖3，圖3是本發(fā)明的爐門聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的螺桿結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，螺桿自下端面開(kāi)始的外表面上向內(nèi)加工有一段牙型為梯形的傳動(dòng)螺紋槽15，螺紋槽的數(shù)量為一個(gè)，本例采用右旋螺紋。所需螺紋的升角需計(jì)算獲得，并應(yīng)大于自鎖角，防止螺紋自鎖。本例中，經(jīng)計(jì)算的螺紋自鎖角為8.83度，為獲得較好的旋升效果，將升角設(shè)計(jì)得較大，為27.9度，以減小旋合時(shí)需要的推力。梯形傳動(dòng)螺紋強(qiáng)度較高、不易自鎖。螺桿側(cè)面沿軸向開(kāi)有一個(gè)長(zhǎng)凹槽16，凹槽的下端與螺紋槽相切；其中，凹槽的底面與螺紋槽底面(牙底)同面，凹槽的側(cè)壁分別與螺紋槽二個(gè)側(cè)面結(jié)束端的端面相切重合；螺紋槽上側(cè)面開(kāi)始端端面18加工成垂直端面，起限位作用。螺桿的頂端面和底端面均加工有螺釘孔。
[0047]請(qǐng)參閱圖4，圖4是本發(fā)明的爐門聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的螺桿外管結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，螺桿外管的形狀為帶頸法蘭形，螺桿外管自下端面開(kāi)始的內(nèi)表面上加工有一段與螺桿上的螺紋槽相對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)螺紋牙17，螺紋牙的數(shù)量為一個(gè)。螺紋牙的底部開(kāi)始端端面和頂部結(jié)束端端面均為豎直方向端面，螺紋牙開(kāi)始端的端面、結(jié)束端的端面與螺桿凹槽的對(duì)應(yīng)側(cè)壁同向，凹槽側(cè)壁的延伸面通過(guò)所述螺桿的軸線。當(dāng)螺紋從螺桿下端開(kāi)始加工時(shí)，在爐門下降、螺紋旋合結(jié)束時(shí)，此豎直端面起到限位作用，避免螺桿外管的螺紋牙滑出螺桿的螺紋槽，使?fàn)t門旋轉(zhuǎn)的角度得到精確控制。螺桿外管的頂端面加工有螺釘孔。
[0048]請(qǐng)參閱圖5，圖5是本發(fā)明的爐門聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的螺桿與螺桿外管組合狀態(tài)示意圖。如圖所示，當(dāng)螺桿外管2與螺桿I套接時(shí)，螺桿外管2與螺桿I所對(duì)應(yīng)的螺紋旋合形成螺紋副。
[0049]請(qǐng)參閱圖6，圖6是本發(fā)明的爐門聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)中螺桿外管的螺紋牙旋入螺桿凹槽時(shí)的狀態(tài)示意圖。如圖所示，螺桿I側(cè)面沿軸向開(kāi)有長(zhǎng)凹槽，在螺紋旋合結(jié)束時(shí)，能容納螺桿外管的螺紋牙17進(jìn)入凹槽。
[0050]本例中，將螺桿I的螺紋槽15加工成沿螺桿I圓周的軸向投影長(zhǎng)度為1/2圓周長(zhǎng)，凹槽與螺紋槽相切在螺紋槽的后1/2處，即凹槽沿螺桿I圓周的軸向投影長(zhǎng)度為1/4圓周。螺桿外管2螺紋牙的長(zhǎng)度為沿圓周的軸向投影長(zhǎng)度1/4圓周，且凹槽與螺桿外管2螺紋牙形成間隙配合。當(dāng)螺紋牙與螺紋槽旋合、轉(zhuǎn)動(dòng)90度角時(shí)，螺紋牙進(jìn)入凹槽，即螺紋擺角為90度。這時(shí)，螺桿外管所連接的爐門也旋轉(zhuǎn)90度?？梢愿鶕?jù)需要設(shè)計(jì)不同的擺角。
[0051]螺桿I為固定安裝， 當(dāng)給螺桿外管2向上推力時(shí)，由于螺紋上徑向分力的作用，螺桿外管2會(huì)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，軸向分力使螺桿外管2上升，當(dāng)螺桿外管2上升一定高度后(高度根據(jù)需求自行設(shè)計(jì))，螺紋旋合結(jié)束(本例為旋轉(zhuǎn)90° )，螺紋分離，螺桿外管2的螺紋牙頂部結(jié)束端豎直面與螺桿I的長(zhǎng)凹槽豎直面接觸，旋轉(zhuǎn)停止。螺桿外管2沿著螺桿I上的長(zhǎng)凹槽只進(jìn)行上升運(yùn)動(dòng)，螺桿外管2運(yùn)動(dòng)到頂部限定位置后結(jié)束運(yùn)動(dòng)。同樣的，當(dāng)螺桿外管2受到向下的推力下降時(shí)，由于螺桿I上長(zhǎng)凹槽的限位作用，螺桿外管2從頂部向下做直線運(yùn)動(dòng)，到達(dá)螺紋旋合處時(shí)，由于受到長(zhǎng)凹槽二個(gè)側(cè)壁及螺桿I螺紋槽側(cè)面的限位，作用在螺紋上的徑向分力使螺桿外管2開(kāi)始同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)指定角度后，螺桿I中螺紋槽上側(cè)面開(kāi)始端端面18的豎直面與螺桿外管2中螺紋牙的底部開(kāi)始端豎直面接觸，螺桿外管2停止旋轉(zhuǎn)和下降。
[0052]請(qǐng)參閱圖7，圖7是本發(fā)明一種可實(shí)現(xiàn)爐門升降和旋轉(zhuǎn)一體運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)剖視圖。如圖所示，爐門的懸臂8通過(guò)螺釘固定在帶頸法蘭形螺桿外管2上端面。軸承組件中的角接觸球軸承5套接在螺桿外管2的頸部，螺桿外管2與角接觸球軸承5的內(nèi)圈為過(guò)盈配合，可以同時(shí)承受軸向和徑向載荷。爐門和懸臂8由于重力作用產(chǎn)生的傾覆力矩作用在螺桿外管2上，因螺桿外管2與角接觸球軸承5的內(nèi)圈為過(guò)盈配合，故作用于螺桿外管2上的徑向力作用到角接觸球軸承5上，而螺桿I只受到來(lái)自爐門和懸臂8的軸向力。
[0053]請(qǐng)參閱圖7，角接觸球軸承5安裝在軸承座7中，其外圈與軸承座7為過(guò)盈配合。軸用彈性擋圈6卡接在位于角接觸球軸承5下方的螺桿外管2外壁上的卡槽19(請(qǐng)參閱圖4或5)內(nèi)，起到軸向阻擋軸承5的作用。軸承蓋4通過(guò)螺釘與軸承座7連接，起到壓緊軸承5外圈的作用。
[0054]請(qǐng)參閱圖7，螺桿I的頂部盲孔與作為限位件的頂環(huán)3上的螺釘孔為過(guò)渡配合，通過(guò)螺釘連接；頂環(huán)3再通過(guò)螺釘或其他安裝方式與設(shè)備的機(jī)架或者安裝頂板固定。螺桿I的底部盲孔與支架10上的螺釘孔為過(guò)渡配合，通過(guò)螺釘連接；支架10通過(guò)螺釘或其他方式與機(jī)架或者頂板固定。需要保證頂環(huán)3的螺釘孔與支架10上的螺釘孔較高的同軸度，以保證螺桿I的穩(wěn)定性。
[0055]請(qǐng)參閱圖7，軸承座7通過(guò)螺釘與安裝板11連接，安裝板11通過(guò)螺釘與氣缸12的轉(zhuǎn)角滑臺(tái)14相連。氣缸12側(cè)部與轉(zhuǎn)角滑臺(tái)14側(cè)部之間裝有滑塊導(dǎo)軌13，可以承擔(dān)徑向力，使氣缸12的活塞桿只受到軸向力,可有效地保護(hù)氣缸活塞桿。
[0056]請(qǐng)參閱圖8，圖8是本發(fā)明一種可實(shí)現(xiàn)爐門升降和旋轉(zhuǎn)一體運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)裝配狀態(tài)分解示意圖，可以更清楚地表達(dá)本發(fā)明各零件的具體裝配關(guān)系。如圖所示，螺桿I通過(guò)頂環(huán)
3、支架10與熱處理設(shè)備的機(jī)架或者安裝板相連固定。螺桿外管2與螺桿I旋接，并通過(guò)懸臂8連接爐門23。螺桿外管2下端外套接有安裝在軸承座7中的角接觸球軸承5。軸承蓋4通過(guò)螺釘與軸承座7連接，起到壓緊軸承5外圈的作用。軸用彈性擋圈6卡接在位于軸承5下方的螺桿外管2外壁上的卡槽19內(nèi)，起到軸向阻擋軸承5的作用。軸承座7通過(guò)螺釘與安裝板11連接，安裝板11通過(guò)螺釘與氣缸12的帶有滑塊導(dǎo)軌13的轉(zhuǎn)角滑臺(tái)14側(cè)部相連，氣缸12的缸體通過(guò)螺釘與支架10或者機(jī)架或者安裝板相連固定。這樣，氣缸12被固定住，而氣缸12的活塞桿則可以帶動(dòng)轉(zhuǎn)角滑臺(tái)14、安裝板11、軸承座7、軸承5、螺桿外管
2、懸臂8、爐門23等進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)爐門的升降及旋轉(zhuǎn)。
[0057]本發(fā)明通過(guò)螺桿和螺桿外管兩個(gè)零件的旋合過(guò)程，就可以實(shí)現(xiàn)爐門升降與旋轉(zhuǎn)的同步進(jìn)行。螺桿為固定件，當(dāng)驅(qū)動(dòng)氣缸通過(guò)軸承組件給予活動(dòng)的螺桿外管向上推力時(shí)，由于螺桿和螺桿外管套接， 所對(duì)應(yīng)的螺紋旋合形成螺紋副，螺紋受徑向分力的作用，螺桿外管會(huì)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，爐門同時(shí)會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。因受軸向分力，使螺桿外管上升，當(dāng)旋轉(zhuǎn)上升到與爐口同心的位置時(shí)(旋轉(zhuǎn)的擺角由設(shè)計(jì)的螺紋長(zhǎng)度決定)，螺桿外管的凸出螺紋牙頂部結(jié)束端豎直面與螺桿上的凹槽豎直面接觸，由于螺桿凹槽的限位作用，爐門就停止旋轉(zhuǎn)。因而，螺桿外管沿著螺桿上的凹槽只進(jìn)行上升運(yùn)動(dòng)，當(dāng)螺桿外管運(yùn)動(dòng)到螺桿頂部，接觸限位件后，結(jié)束上升運(yùn)動(dòng)。在此過(guò)程中，螺桿外管通過(guò)連接的懸臂帶動(dòng)爐門實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和上升，完成一次爐門的封閉。
[0058]當(dāng)需要打開(kāi)爐門時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)氣缸將爐門降下，此時(shí)的作用力只要減小小于頂起的力，爐門就會(huì)由于自重而下落。初始下落為直線運(yùn)動(dòng)，到達(dá)螺桿上的凹槽下端與螺紋結(jié)束端交界面自然形成的角度限位后，螺紋開(kāi)始旋合，爐門也隨著開(kāi)始旋轉(zhuǎn)下降。當(dāng)?shù)竭_(dá)螺桿底部、螺紋槽上側(cè)面開(kāi)始端的豎直端面自然形成的角度限位后，螺桿外管停止轉(zhuǎn)動(dòng)，爐門同時(shí)旋轉(zhuǎn)到位，完成一次爐門的打開(kāi)。
[0059]可以在氣缸的氣路中增加三通閥，使得氣缸可以實(shí)現(xiàn)斷電自保持。即使出現(xiàn)了突然的斷電情況，氣缸仍然保壓，頂住爐門，避免發(fā)生意外情況。
[0060]爐門在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，還可以利用調(diào)速閥使氣缸的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、緩慢，爐門旋轉(zhuǎn)也得以平穩(wěn)、緩慢，這樣，使?fàn)t門可以平穩(wěn)到達(dá)限位，減小沖擊。
[0061]需要說(shuō)明的是，驅(qū)動(dòng)裝置也可以采用其他的驅(qū)動(dòng)方式，例如，改為直線氣缸和外部加裝導(dǎo)軌滑塊來(lái)承受徑向傾覆力的方式；或者采用直線氣缸外部加裝直線軸承來(lái)承受徑向傾覆力的方式；或者將氣缸驅(qū)動(dòng)改為直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)等。
[0062]以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可實(shí)現(xiàn)爐門升降和旋轉(zhuǎn)一體運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，包括爐門聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括: 一螺桿，所述螺桿為固定件，表面加工有一段螺紋槽和一軸向豎直凹槽，所述螺紋槽的末端與所述凹槽的末端相切； 一螺桿外管，所述螺桿外管為活動(dòng)件，內(nèi)表面加工有一段與所述螺桿螺紋槽相對(duì)應(yīng)的螺紋牙，所述螺桿外管與所述螺桿套接；其中，所述螺桿外管的螺紋牙可容納在所述螺桿凹槽內(nèi)，并可與所述螺桿對(duì)應(yīng)的螺紋槽旋合形成螺紋副；所述螺桿外管與爐門固定連接，所述螺桿外管還活動(dòng)連接驅(qū)動(dòng)裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述螺紋槽、螺紋牙的螺紋牙型為梯形或矩形，所述螺紋槽、螺紋牙的螺紋升角大于自鎖角。
3.如權(quán)利要求1所述的機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述螺紋槽、螺紋牙的螺紋牙型為梯形或矩形，所述螺紋槽的末端與所述凹槽的末端相切，其中，所述凹槽的底面與螺紋槽底面同面，所述凹槽的二個(gè)側(cè)壁分別與螺紋槽的上、下側(cè)面相切。
4.如權(quán)利要求1~4任意一項(xiàng)所述的機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述螺紋槽的開(kāi)始端位于所述螺桿表面的下端，所述螺紋牙的開(kāi)始端位于所述螺桿外管內(nèi)表面的下端。
5.如權(quán)利要求4所述的機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述螺紋槽的上側(cè)面開(kāi)始端具有一豎直端面，所述螺紋牙開(kāi)始端的端面、結(jié)束端的端面與所述凹槽的對(duì)應(yīng)側(cè)壁同向，所述凹槽側(cè)壁的延伸面通過(guò)所述螺桿的軸線。
6.如權(quán)利要求1 所述的機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述螺桿外管是通過(guò)套接于其外的軸承組件連接驅(qū)動(dòng)裝置，所述軸承組件包括角接觸球軸承、帶孔的軸承蓋和軸承座；其中，所述角接觸球軸承與螺桿外管套接，并安裝在軸承座中，所述角接觸球軸承上方設(shè)有軸承蓋，所述軸承蓋與軸承座固定連接，所述軸承座固定連接驅(qū)動(dòng)裝置；所述螺桿與螺桿外管套接，螺桿下端穿過(guò)所述軸承座連接一固定支架。
7.如權(quán)利要求1或6所述的機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置為驅(qū)動(dòng)氣缸，所述氣缸的活塞桿連接氣缸外接的轉(zhuǎn)角滑臺(tái)的上端，所述轉(zhuǎn)角滑臺(tái)的側(cè)部通過(guò)一安裝板與軸承組件的軸承座固定連接，所述氣缸缸體側(cè)部與滑臺(tái)側(cè)部之間通過(guò)滑塊導(dǎo)軌連接；所述氣缸缸體還通過(guò)固定支架與螺桿下端相連接。
8.如權(quán)利要求1或6所述的機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述螺桿上端連接一限位頂環(huán)，所述限位頂環(huán)與熱處理設(shè)備內(nèi)部固定安裝；所述螺桿下端連接一固定支架，所述支架與熱處理設(shè)備內(nèi)部固定安裝。
9.如權(quán)利要求1或6所述的機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述螺桿外管的形狀為帶頸法蘭形，其頸部與所述軸承組件的角接觸球軸承過(guò)盈配合，其法蘭部靠壓角接觸球軸承，所述螺桿外管的上端面通過(guò)懸臂連接爐門。
10.如權(quán)利要求9所述的機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述帶頸法蘭形螺桿外管的頸部開(kāi)有徑向卡槽，卡槽設(shè)有一彈性擋圈，所述彈性擋圈卡壓所述軸承組件的角接觸球軸承的下端。
【文檔編號(hào)】F27D1/18GK103710761SQ201410009305
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】譚瑞雷, 董金衛(wèi) 申請(qǐng)人:北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司