Делительные и поворотные устройства: Делительные и поворотные устройства

Делительные и поворотные устройства: Делительные и поворотные устройства – Технарь

alexxlab | 18.11.1977 | 0 | Разное

Содержание

Делительные и поворотные устройства – Технарь

Делительные и поворотные устройства в многопозиционных приспособлениях служат для изменения положения обрабатываемой заготовки относительно рабочего инструмента.

Делительное устройство состоит из диска, закрепляемого на поворотной части приспособления, и фиксатора. Конструкции фиксаторов показаны на рис. 84. Шариковый фиксатор (рис. 84, α) наиболее прост, но не обеспечивает высокой точности угла поворота и не воспринимает момента от силы резания. Поворотную часть устанавливают в заданное положение вручную до щелчка при западании шарика в гнездо. Фиксатор с вытяжным цилиндрическим пальцем (рис. 84, б) может воспринимать момент, но он не обеспечивает деления с высокой точностью из-за зазоров в подвижных соединениях.

Несколько большую точность дает фиксатор с конической заточкой вытяжного пальца (рис. 84, в). Для устранения радиального зазора вводят гидропластовую втулку Г (рис. 84, г), применяют также клиновые фиксаторы и фиксаторы с прорезью (рис. 84, д). Управляют фиксатором с помощью вытяжной кнопки, рукоятки, закрепленной на реечном колесе, или педального устройства.

В делительном приспособлении для фрезерного станка (рис. 85) фиксатор 4 сблокирован с поворачивающей собачкой 2. При возвратно-поступательном движении стола они приводятся в действие от неподвижного упора 3. Упор 1 предупреждает поворот делительного диска 5 в обратную сторону.

Для уменьшения вращательного момента в приспособлениях горизонтального типа центр тяжести поворотной системы (включая заготовку) должен лежать на оси вращения. Этого достигают соответствующей компоновкой приспособления и установкой корректирующих противовесов. В приспособлениях с вертикальной осью вес тяжелой поворотной системы воспринимает упорный подшипник качения.

При опускании стол «садится» на торцевую плоскость основания и плотно к нему прижимается. Применяя упорные шарикоподшипники, можно в несколько раз уменьшить момент трения при вращении поворотной части приспособления.

На рис. 87 показано механическое прижимное устройство стола, сблокированное с фиксатором. Вращением рукоятки 4 по часовой стрелке вводят реечный фиксатор 5, одновременно сжимая разрезное коническое кольцо 1, и поворотная часть 2 стола притягивается к основанию 3. При обратном вращении рукоятки фиксатор выводится из гнезда, затяжка кольца ослабляется и стол можно повернуть.

24. Делительные и поворотные устройства в многопозиционных приспособлениях служат для изменения положения обрабатываемой заготовки относительно рабочего инструмента.

Делительное устройство состоит из диска, закрепляемого на поворотной части приспособления, и фиксатора. Конструкции фиксаторов показаны на рис. 84.

Шариковый фиксатор (рис. 84, α) наиболее прост, но не обеспечивает высокой точности угла поворота и не воспринимает момента от силы резания. Поворотную часть устанавливают в заданное положение вручную до щелчка при западании шарика в гнездо. Фиксатор с вытяжным цилиндрическим пальцем (рис. 84, б) может воспринимать момент, но он не обеспечивает деления с высокой точностью из-за зазоров в подвижных соединениях. Несколько большую точность дает фиксатор с конической заточкой вытяжного пальца (рис. 84, в). Для устранения радиального зазора вводят гидропластовую втулку Г (рис. 84, г), применяют также клиновые фиксаторы и фиксаторы с прорезью (рис. 84, д). Управляют фиксатором с помощью вытяжной кнопки, рукоятки, закрепленной на реечном колесе, или педального устройства.

Упор 1 предупреждает поворот делительного диска 5 в обратную сторону.

Для уменьшения вращательного момента в приспособлениях горизонтального типа центр тяжести поворотной системы (включая заготовку) должен лежать на оси вращения. Этого достигают соответствующей компоновкой приспособления и установкой корректирующих противовесов. В приспособлениях с вертикальной осью вес тяжелой поворотной системы воспринимает упорный подшипник качения.

На рис. 86 показана конструкция стола, верхняя часть которого поворачивается на требуемый угол при подъеме на упорном шарикоподшипнике. Подъем осуществляют различными механическими устройствами или (как показано на рисунке) пневмоцилиндром. При опускании стол «садится» на торцевую плоскость основания и плотно к нему прижимается. Применяя упорные шарикоподшипники, можно в несколько раз уменьшить момент трения при вращении поворотной части приспособления.

25. Делительные механизмы (фиксаторы) являются наиболее ответственными в делительных приспособлениях, от точности которых зависит точность деления при позиционной обработке.

На фиг. 12, а показана схема работы фиксатора с цилиндрической рабочей частью; фиксатор 3 скользит по направляющей втулке 2, установленной в неподвижном корпусе приспособления, и заскакивает в фиксирующие втулки 1, размещенные в поворотной части.Как видно из схемы, суммарная погрешность 6 шага, получаемая при делении и переносимая на обрабатываемые детали, зависит не только от допуска 6Х на расстояние между осями двух соседних фиксирующих втулок, но и от зазоров sx и s2 в сопряжении фиксатора со втулками 1 и 2.

Уменьшение погрешности достигается назначением соответствующих допусков и посадок.

В делительных приспособлениях нормальной точности сопряжение фиксатора с направляющей и фиксирующей втулками выполняется по посадке ; допуск < 0,03 мм.

В точных делительных приспособлениях соответственно применяются посадки и б* < 0,02 мм.

В особо точных устройствах зазоры не должны превышать 0,01 мм, что достигается притиркой, а межосевое расстояние задается с допуском 6г < 0,015 мм.

Растачивание отверстий под фиксирующие втулки обычно производится на прецизионных станках, обеспечивающих получение линейных размеров с точностью до 0,005 мм. Учитывая неточности радиальных расстояний от оси вращения поворотной части до осей фиксирующих втулок и фиксирующего пальца, последний подвергают двустороннему срезу, образуя в сечении ромб с большой осью, перпендикулярной радиусу окружности центров втулок.

Желая уменьшить влияние зазоров и повысить точность, применяют фиксаторы с конической или призматической рабочей частью (фиг. 12, б, в). Как видно, в этом случае s± = 0, однако следует иметь в виду, что при малейшем загрязнении фиксирующего гнезда сопряжение нарушается и механизм не обеспечивает необходимой точности деления.

С целью устранения вредного влияния зазоров в фиксаторе и компенсации износа втулок применяют целый ряд других конструкций фиксирующих механизмов.

На фиг. 13 приведена конструкция, а в табл. 3 даны основные размеры нормализованных реечных фиксаторов. В табл. 4 показаны типовые конструкции фиксаторов. В ряде случаев фиксация производится не с помощью специальных фиксирующих втулок, а по самим обрабатываемым поверхностям детали: отверстиям, расположенным по окружности, пазам или зубьям детали и т. п.

Таблица 3

Основные размеры нормализованных реечных фиксаторов в мм

Таблица 4

Продолжение табл. 4

Основные детали и узлы делительного устройства

Основные детали и узлы делительного устройства

Категория:

Приспособление для механической обработке

Основные детали и узлы делительного устройства

Делительные устройства предназначены для того, чтобы при одной установке детали иметь возможность придать ей несколько позиций с целью обработки ряда поверхностей, расположенных на заданном шаге относительно друг друга.

При многопозиционной обработке детали чаще приходится иметь дело с поворотом ее на угловой шаг, чем с перемещением на линейный шаг. Поэтому в дальнейшем будут рассматриваться только поворотные делительные устройства.

Делительное устройство может выполняться в виде отдельного самостоятельного агрегата, используемого для закрепления различных приспособлений с целью их поворота на угловой шаг вместе с обрабатываемой деталью. К таким агрегатам относятся универсальные делительные головки, поворотные делительные столы и стойки. Конструкции их весьма разнообразны, некоторые из них нормализованы.

Делительное устройство может входить также в состав самого приспособления, обычно специального.

И в том и в другом случае делительное устройство должно иметь следующие основные детали и узлы: неподвижную и поворотную части, делительный диск, фиксатор и механизм для скрепления поворотной части с неподвижной после деления.

Неподвижной частью в делительном устройстве является его корпус. В делительных агрегатах — головках, столах и стойках — неподвижной частью является корпус агрегата. В специальных приспособлениях с делительным устройством неподвижной частью является корпус самого приспособления.

Неподвижная часть, как и всякий корпус приспособления, имеет посадочные поверхности и центрирующие элементы для поворотной части.

Поворотная часть обычно монтируется на каком-то валу, устанавливаемом в центрирующие элементы неподвижной части. В зависимости от веса поворотной части вместе с обрабатываемой деталью она может монтироваться на подшипниках скольжения или качения. При вертикальной оси вращения поворотные части большого веса опираются на подшипники качения. В некоторых конструкциях поворотная часть с вертикальной осью опирается на подшипник качения лишь в момент поворота (деления). Для этого перед поворотом она несколько приподнимается с гладких кольцевых направляющих с помощью специального подъемного устройства, а после поворота — опускается.

На поворотной части размещаются установочные элементы для установки обрабатываемой детали и зажимные устройства для ее закрепления.

В делительных головках, столах и стойках на поворотной части предусматриваются посадочные места для установки приспособлений.

Делительный диск является основной деталью делительного устройства. Обычно он монтируется на поворотной части и вместе с ней поворачивается в момент деления. Делительные диски имеют гнезда, в которые входит фиксатор. Гнезда располагаются по окружности на таком угловом шаге (друг от друга), который требуется выдержать у обрабатываемой детали. В универсальных делительных агрегатах гнезда размещают таким образом, чтобы одним диском обеспечить деление окружности на несколько равных частей.

По форме гнезд делительные диски разделяют на две группы: с отверстиями и с пазами.

На рис. 1, а показаны делительные диски с отверстиями. Диски изготовляются сырыми. В целях уменьшения износа стенок отверстий в них запрессовываются термически обработанные до высокой твердости и чисто отшлифованные втулки. Отверстие в них под фиксатор выполняется цилиндрическим (тип I) или коническим (тип II). Коническое отверстие обеспечивает более высокую точность деления.

Рис. 1. Делительные диски:
а — с отверстиями; 6 — с пазами.

Величины диаметров диска выбираются конструктивно при компоновке всего делительного устройства.

Растачивание отверстий под фиксирующие втулки производится на прецизионных станках, что позволяет получать линейные размеры с точностью до 0,005 мм.

На рис. 1, б представлены делительные диски с пазами. Диски с асимметричным пазом (тип I) лучше, чем с симметричным (тип II), так как при загрязнении симметричного паза по любой его плоскости неизбежно появится погрешность деления. При загрязнении же асимметричного паза фиксатор удалит грязь с его рабочей поверхности, расположенной по радиусу, а загрязнение наклонной поверхности не” сказывается на точности деления.

При равной точности угловых шагов диски с пазами обеспечивают более высокую точность деления, чем диски с отверстиями. Необходимо, однако, иметь в виду, что диски с пазами сложнее в изготовлении — окончательную отделку их выполняет рабочий высокой квалификации.

Фиксаторы предназначаются для точного фиксирования положения делительного диска. Рабочий профиль фиксатора определяется профилем гнезда делительного диска.

Механизмы для скрепления поворотной части с неподвижной. Для повышения жесткости системы и предупреждения вибраций, а также предотвращения износа и поломки фиксаторов под действием усилий резания поворотные части делительных устройств скрепляют с неподвижной частью после выполнения деления.

Особенно важно скреплять в процессе обработки поворотную часть с неподвижной при фрезерных работах, где имеют место большие и переменные по величине усилия резания.

Конструкции механизмов для скрепления разнообразны. На рис. 2, а показан тангенциальный зажим. При вращении рукоятки головка винта и сухарь сближаются, скрепляя вал поворотной части с неподвижной частью.

На рис. 2, б представлен эксцентриковый механизм, используемый для подъема поворотной части при повороте и для закрепления после деления. В положении, показанном на этом рисунке, эксцентриковый валик через винтовую опору, ось и винт скрепляет поворотную часть с неподвижной.

На рис. 2, в изображен сблокированный механизм фиксатора и закрепления поворотной части. При вращении рукоятки винт через штифт будет вращать шестерню, которая вдвинет фиксатор во втулку, делительного диска. Одновременно винт будет сжимать хомут, который своими коническими поверхностями надавит на конические поверхности кольца и через него прижмет подвижную часть к неподвижной.

Статьи по теме:

Делительное устройство – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Делительное устройство

Cтраница 1

Делительное устройство позволяет снимать отсчет на весах с точностью до 0 05 мг. Оно состоит из редуктора с отсчетным диском, соединенного параллелограммом с качающейся плоскопараллельной стеклянной пластиной. Диск делительного устройства разделен на 20 частей, которые обозначены оцифровкой от 00 до 95 через 5 единиц. На экране снимаются отсчеты по лимбу гиревого механизма, по шкале и диску делительного устройства. [1]

Делительные устройства выполняются с применением постоянных или сменных делительных дисков с фиксаторными устройствами. [2]

Делительные устройства служат для правильного углового или линейного перемещения деталей. Основными элементами делительных устройств являются диски или линейки ( плиты) фиксаторы, червячные пары, зубчатые рейки с шестернями и наборы зубчатых колес. Делительные диски изготовляют в виде круглой плиты с делениями, пазами или втулками, расположенными по окружности. Делительные линейки представляют собой призматические плиты, на одной из граней которых на определенном расстоянии расположены пазы или втулки. В качестве делительных дисков могут быть использованы корпуса поворотной или передвижной части приспособлений. [3]

Делительное устройство состоит из диска, закрепляемого на поворотной части приспособления, и фиксатора. [5]

Делительное устройство состоит из диска, закрепляемого на поворотной части приспособления, и фиксатора. Шариковый фиксатор ( рис. 84, а) наиболее прост, но не обеспечивает высокой точности угла поворота и не воспринимает момента от силы резания. Поворотную часть устанавливают в заданное положение вручную до щелчка при западании шарика в гнездо. [6]

Делительные устройства применяют для точной фиксации поворотных деталей приспособления с закрепленными в них обрабатываемыми деталями или заготовками в различных положениях относительно режущего инструмента. [7]

Делительные устройства с отдельными силовыми приводами находят применение также и на универсальных станках, главным образом на горизонтально-и вертикально-фрезерных. [8]

Делительные устройства применяются в приспособлениях, имеющих поворотные или передвижные части для установки закрепленной на них заготовки в различных положениях. Различные типы фиксаторов показаны на q – иг. [9]

Делительные устройства, применяемые в многопозиционных приспособлениях, служат для придания обрабатываемой детали различных угловых положений или перемещений на заданное расстояние и являются основным узлом, обеспечивающим при одном установе и одном закреплении различные положения детали относительно режущего инструмента. [11]

Делительные устройства применяются главным образом для периодического поворота детали на различные углы. [13]

Делительные устройства служат для фиксации в требуемом положении относительно режущего инструмента поворотной части приспособления вместе с обрабатываемой деталью. [14]

Страницы: 1 2 3 4

Делительные и поворотные элементы приспособлений

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Делительные и поворотные устройства применяются в многопозиционных приспособлениях для придания обрабатываемой заготовке различных положений относительно рабочего инструмента (делительные головки).

Корпус приспособлений

Корпус приспособлений является базовой деталью, на которой монтируются установочные элементы, зажимные устройства, направляющие элементы, а также вспомогательные детали и механизмы. Корпус воспринимает все силы, которые возникают при обработке, и зажим заготовок.

Корпус приспособления должен быть прочным и жестким, конструкция его должна быть удобной для быстрой установки и съема заготовок, он должен быть простым и дешевым в изготовлении и обеспечивать соблюдение требований техники безопасности. Корпуса изготавливают из стали Ст.3 и из серого чугуна СЧ 12-28 литьем и сваркой. Литье применяют для корпусов сложной конфигурации. На рис.7.15 представлены некоторые виды корпусов приспособлений

Рис.7.15. Виды корпусов приспособлений, выполненных разными способами:

а – литой; б – сварной; в – сборный; г – кованый.

Механизированные приводы приспособлений

Предназначены для сокращения вспомогательного времени, расходуемое на установку, зажим и раскрепление заготовки в приспособлении.

Виды механизированных приводов:

1. Механические. 2. Пневматические. 3. Гидравлические. 4.. Пневмогидравлические. 5. Электромеханические.

Механические приводы с ручным управлением имеют наибольшие зажимные силы, требуют больших затрат времени на зажим и отжатие в единичном и мелкосерийном производстве.

Наибольшее применение в промышленности при механической обработке заготовок и сборке машин нашли пневматические приводы, которые в сочетании с различными механическими передачами обеспечивают быстрое и надежное зажатие и отжатие заготовок и деталей, возможность регулирования и последовательность зажима.

Принцип работы: сжатый воздух давит на поршень или диафрагму и заставляет совершать поступательные движение поршня или штока, необходимое для зажатия деталей. В качестве привода используются пневмоцилиндры, которые бывают одностороннего или двухстороннего действия. Возвращение в исходное положение в первом случае обеспечивается пружиной, во втором – сжатым воздухом.

Гидравлические и пневмогидравлические приводы.

При механизации и автоматизации производственных процессов, когда требуются большие зажимные усилия с постоянным давлением и надежностью зажимных устройств, применяют гидравлические приводы, что обеспечивает также точное перемещение рабочих органов станка и подвижных частей приспособлений.

Масляная среда в системе обеспечивает надежную смазку силовых узлов, что исключает неполадки, присущие пневматическим системам(ржавчина и засорение). Кроме того, гидроприводы при больших усилиях имеют значительно меньшие габариты.

Гидропривод состоит из электродвигателя, насоса масляного, резервуара для масла, гидроцилиндра, аппаратуры управления и регулирования.

Проектирование приспособлений

Исходные данные для проектирования:

1. Рабочие чертежи заготовок и готовой детали и техусловия ее приемки.

2. Операционный эскиз на предшествующую и выполняемую операцию.

3. Карта техпроцесса обработки данной заготовки с указанием последовательности и содержания операций, схемы базирования используемого оборудования и инструмента, режимов резания и т.д.

4. Госты и нормали на детали и узлы станочных приспособлений.

Этапы проектирования.

1. Выбирают конструкцию и размеры установочных элементов приспособления.

2. Определяют величину силы зажима, схемы и размеры зажимного устройства.

3. Определяют размеры направляющих элементов.

4. Производят общую компоновку приспособления.

5. Устанавливают допуски на изготовление деталей и сборку приспособления.

Конструирование приспособления увязывают с разработкой техпроцесса изготовления детали.

Необходимо знать основные размеры, связанные с установкой приспособления.

Зная принятое базирование, точность и чистоту базовых поверхностей, определяют тип и размер установочных элементов, их количество и взаимное положение.

Определив силы резания, устанавливают место приложения зажимных сил и их величину, затем выбирают тип и основные размеры зажимного устройства. Одновременно устанавливают тип и размер направляющих элементов и элементов контроля положения режущего инструмента. Разработку общего вида приспособления начинают с нанесения на лист контура заготовки, затем наносят отдельные элементы приспособления вокруг контуров заготовки (сначала вычерчивают установочные элементы, затем зажимные устройства, направляющие элементы инструмента и вспомогательные устройства и затем определяют контуры приспособления.

Рекомендуемые страницы:

Делительные устройства для фрезерных станков – Оснастка и инструменты

Сложные, делительные устройства, чаще имеют червячную пару с механизмом отсоединения червяка (для простого деления..) и регулировкой зазоров(компенсацией износа..). Часто, дополнительно, в них имеются угломерные, 360град, регулируемые ( подстраиваемые..)шкалы и встроенные приспособления для простого деления.

Это могут быть как делительные головки, так и поворотные столы. Причём в расточном оборудовании, поворотные столы могут быть наклонными.

Поворотные столы расточных станков значительно точнее аналогичных, фрезерных. Они точнее изготовлены и гораздо более массивны. Но! значительно более слабые и для фрезеровки малопригодны. Их задача принимать только осевые нагрузки и долговременно сохранять точность деления. Часто подобные устройства снабжаются электрическими или электронными датчиками позиционирования и индикации. Такие устройства очень сложны и дороги…

Делительным числом ( главная характеристика – Д.Г…)для большинства делительных головок в мире будет 40. То есть за 40 оборотов вал Д.Г. совершает поворот на 360град.

Соответственно деление на 10 = 4 оборота. Деление на 4 = 20 оборотов. А вот Деление на 6 = 6+ 2/3 оборотов. На 7 = 5+5/7 оборотов. Деление на 3 = 13 оборотов + 1/3. Формула деления почти всегда будет содержать простое, дробное число, если оно не кратно 40.

Задача оператора найти на дырчатом диске дорожку с отверстиями кратными нижнему числу дроби и отсчитать там количество отверстий, кратных верхнему числу дроби. Для повторяемости и облегчения работ на диске всегда имеется “V” образная, регулируемая вилка. Она позволяет без подсчёта, сразу отмерять нужное количество отверстий. При работе, верхнее, дробное число находится внутри этой вилки. В паспорте Д.Г. есть таблицы, позволяющие не считать самому и приведены данные настройки деления с гитарой, если например нет возможности найти дырчатый диск с необходимым количеством отверстий( лунок..).

В нашей стране почти монопольно производятся Д.Г. типа УДГ разных номеров. с разворотом в вертикальной плоскости. Для них( для функции центрирования..) есть регулируемые по высоте центры.

Исключением является Д.Г. к станкам типа ОФ55 и некоторых моделей станков 675. Эти устройства может поворачиваться в горизонтальной и гризонтально-вертикальной плоскости.

Центры этих Д.Г. монтируется на специальном хоботе, похожем на аналогичный фрезерный. На корпусе Д.Г., для его закрепления, вверху, имеется соответствующий ластохвостый паз.

Длина хобота обусловлена максимальной длиной рабочего хода, продольной подачи станка.

Практически все отечественные Д.Г. имеют очень и очень солидный вес, занимают много места на столе станка, не очень удобны в работе и у рабочих, не пользуются особой популярностью.

При любой возможности, станочник старается обзавестись импортным Д.У. Т.к. большиство ( но далеко не все!..) из них значительно легче, удобнее в работе и богаче укомплектовано, чем равнокалиберные-отечественные.

Сложные Д.У. часто снабжаются гитарами, с набором сменных шестерён, для наиболее сложного деления или для включения в кинематическую цепь подач станка. Последнее применяется для обработки криволинейных, продольных , винтовых профилей. Обычно, такие делители изготавливаются исключительно для одной модели станка ( модельного ряда..) одной фирмы и одного типа.

Нижние три фото – наклонноповоротный, высокоточный стол для координатнорасточного станка. Производство – Отечественное!

Изменено 18 августа, 2010 пользователем Sova902

Краткий конспект

Механика Краткий конспект

просмотров – 285

Краткий конспект

1.Принцип действия вакуумного привода основан на непосредственной передаче атмосферного давления на закрепляемую заготовку. При этом между установочной поверхностью заготовки и полостью создается вакуум, и заготовка прижимается избыточным атмосферным давлением. Приспособления с вакуумным приводом позволяют закрепить заготовки из любых материалов, а также нежесткие тонкие заготовки (до 0,15мм) больших габаритов.

Сила зажима определяется по формуле

W=Fp-q,

Где F – площадь, ограниченная контуром прокладки,

Р – избыточное давление,

q – упругая сила сжатой прокладки.

2.Электромеханические приводы зажимных механизмов обладают рядом преимуществ: потребляют энергию только во время зажима или разжима заготовки; обеспечивают большую мощность при небольших габаритах; их можно подключить к системе управления станка без дополнительных затрат. В этих приводах отсутствуют источники давления рабочей среды; они имеют высокую надежность; нетребовательны к уходу; недороги.

Тема №10:Делительные и поворотные устройства

1. Виды поворотных и делительных устройств.

2. Основные требования и область применения поворотных и делительных устройств.

3. Конструкция делительных дисков.

4. Фиксаторы шариковые, с цилиндрическими пальцами, реечные фиксаторы, их конструктивное исполнение и точностные показатели.

5. Примеры применения различных конструкций делительных и поворотных устройств.

1. Делительные устройства предназначены для того, чтобы при одной установке детали иметь возможность придать ей несколько позиций с целью обработки ряда поверхностей, расположенных на заданном шаге относительно друг друга.

Для многопозиционной обработки чаще встречается поворот на угловой шаг, в связи с этим наибольшее распространение получили поворотные делительное устройства.

Делительные устройства бываю двух видов: в виде самостоятельного агрегата или как часть приспособления.

В первом случае – на агрегатное делительное устройство закрепляется приспособление с деталью и вместе с ним поворачивается. Это универсальные делительные головки, поворотные делительные столы и стойки.

Во втором случае – делительное устройство входит в конструкцию приспособления. Это, как правило, специальные приспособления.

2. Делительные устройства состоят из следующих конструктивных элементов:

– неподвижная часть;

– поворотная часть;

– делительный диск;

– фиксатор;

– механическое скрепление поворотной части с неподвижной частью.

Неподвижная часть – ϶ᴛᴏ корпус, который имеет посадочные и центрирующие поверхности.

Поворотная часть монтируется на валу и устанавливается в центрирующем элементе корпуса. Учитывая зависимость отвеса поворотной части, она монтируются на подшипниках скольжения или качения. При большом весе применяются подшипники качения.

В агрегатированных делительных устройствах (делительные головки, столы, стойки) предусмотрены посадочные места для установки приспособления.

3. Делительные диски являются основной деталью делительного устройства. Οʜᴎ монтируются на поворотной части и вместе с ней поворачиваются.

Делительные диски имеют гнезда, в которые входит фиксатор. Гнезда располагаются по окружности на угловом шаге.

Гнезда по форме бывают: в виде отверстий или пазов.

В диски с отверстиями запрессовываются термообработанные втулки. Гнезда в виде отверстий могут иметь цилиндрическую или коническую форму. Конические отверстия обеспечивают более высокую точность деления.

Гнезда в виде пазов могут иметь симметричную или асимметричную форму. Диски с асимметричными пазами более точные.

В случае если сравнить диски с отверстиями и с пазами, то диски с пазами обеспечивают более высокую точность деления, но их изготовить гораздо сложнее.

4. Фиксаторы предназначены для точного фиксирования положения делительного диска. Рабочий профиль фиксатора определяется профилем гнезда делительного диска.

Фиксаторы бывают различной конструкции.

Многие из них имеют рукоятку, с помощью которой фиксатор выводится из гнезда, и пружину, которая выталкивает фиксатор в гнездо.

Самый простой по конструкции это шариковый фиксатор.

Для повышения жесткости системы и предупреждения вибраций, а также для предотвращения износа и поломки фиксатора под действием сил резания, поворотные части скрепляются с неподвижной частью с помощью различных зажимов.

Тема №11:Корпуса приспособлений

1. Назначение корпусов приспособлений, требования, предъявляемые к ним.

2. Конструкции корпусов.

3. Методы их изготовления.

4. Материалы корпусов.

4. Методы центрирования и крепления корпусов на станках.

5. Особенности установки приспособлений на станках с ЧПУ.

M-Machine ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗДЕЛЬНОЙ ГОЛОВКИ И РОТАЦИОННОГО СТОЛА

Типичное использование – быстрая обработка шестигранного профиля по диаметру или выполнение серии вырезов с определенным шагом друг от друга. Разделительная головка аналогична установке головки токарного станка на столе фрезерного станка для создания горизонтальной оси вращения, тогда как поворотный стол чаще используется для вертикального вращения обрабатываемой детали. Конечно, оба устройства могут быть установлены, а затем перемещены в нескольких ориентациях, помимо упомянутых выше, для получения требуемого профиля.
Перемещение устройства – это простой поворот ручки в желаемом направлении до тех пор, пока не будет достигнута степень перемещения, при которой необходимо повернуть деталь. При простом использовании инженер делал бы разметку на заготовке перед установкой на ось «C», а затем, установив центровочное сверло или указатель в патрон станка, вращал деталь до тех пор, пока метки не выровнялись по центру шпинделя. Конечно, этот метод точен настолько, насколько позволяет разметка и прицел! Некоторые более дешевые устройства оснащены только градуированным циферблатом для вращательного движения, но для идеальной точности машинист должен использовать «пластину с отверстиями», которая является неотъемлемой частью большинства «старых» или более качественных делительных головок и поворотных столов.

КАК ИСПОЛЬЗОВАТЬ ОТВЕРСТИЕ
Пластина с отверстиями представляет собой статическую круглую пластину, установленную на задней части рукоятки вращения, в которой предварительно просверлено множество отверстий, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга с разной последовательностью шагов. Шаг уменьшается по мере перемещения от центра пластины с отверстиями к внешнему краю (более четко видно на фото справа).Ручка оси имеет как подпружиненный штифт, который может быть вставлен в одно из отверстий, так и набор «часовых стрелок» и указателей, которые помогают выполнять повторяющиеся движения. (мы вернемся к указателям позже в этой статье)
Отношение оборотов между рукояткой устройства и патроном (или столом) всегда составляет 40: 1, поэтому 40 оборотов рукоятки прибора дают 1 полный оборот патрона. Это означает, что один поворот рукоятки приведет к перемещению патрона на 9 градусов.
Теперь каждые 9 градусов делятся на несколько делений – отверстий на пластине с отверстиями. На пластине с отверстиями вашего устройства будет указано число, соответствующее количеству отверстий, просверленных на определенной области пластины с отверстиями. Эти числа должны использоваться, чтобы быстро определить, может ли степень перемещения патрона для получения желаемого разделения быть достигнута на одном наборе просверленных отверстий. (Я знаю, что это звучит сложно, но, надеюсь, приведенный ниже пример немного прояснит этот метод – если у вас есть проблемы с расчетом, попробуйте наш онлайн-калькулятор отверстий).

ПРИМЕР И МЕТОД 1
В этом примере мы создадим набор из 7 пазов, равномерно расположенных по всему диаметру.
Первое, что нужно сделать, это определить количество десятичных градусов для расстояния между прорезями, так что это 360 градусов, разделенные на 7 делений.

Затем разделите результат на 40 оборотов ручки, чтобы получить количество оборотов на деление. Это равно 5,71428 оборотов ручки для каждого из 7 делений, что составляет примерно пять и три четверти оборота.

Затем мы должны вычислить общее количество отверстий в каждой серии отверстий на пластине с отверстиями. Итак, для серии из 19 отверстий это будет: 19 отверстий на 40 оборотов = 760 отверстий на 360 градусов поворота патрона. (помните, что все делительные головки имеют соотношение 40: 1, поэтому вам нужно повернуть ручку 40 раз, чтобы получить 360-градусное перемещение патрона). Справа перечислены все стандартные серии пластин с отверстиями, при этом общее количество отверстий в каждой серии уже рассчитано для удобства использования этого руководства.

Теперь мы должны выяснить, какая серия отверстий будет точно соответствовать необходимому угловому перемещению. Это делается путем деления общего количества отверстий в данной серии отверстий на 360 градусов. Затем этот результат нужно разделить на результат нашего первого расчета, который в данном случае равен 51.42857. Цель этого окончательного расчета – получить результирующее целое число путем применения в расчет различных общих отверстий для каждой серии. т.е. для серии из 37 отверстий в уравнение необходимо вставить 1480, или для серии из 21 отверстия следует использовать 840. Если целое число не может быть получено, необходимо использовать ряд отверстий с наименьшей ошибкой после десятичной точки. т.е. 120.009 будет лучшим выбором, чем 120.01)

Поначалу этот процесс может показаться чем-то вроде «проб и ошибок», но после повторения процесса несколько раз инженер получит достаточно опыта, чтобы сделать обоснованное предположение о вероятной серии отверстий для использования. Следует также иметь в виду, что вполне возможно, что несколько серий пластин с отверстиями могут быть использованы для создания заданного углового перемещения.

ПРИМЕР И МЕТОД 2
Теперь мы рассчитаем серию отверстий, которая будет использоваться для получения 21 деления диаметра. В этом примере мы будем использовать эти формулы, чтобы помочь с математикой. Всегда стоит потратить время на определение количества оборотов ручки (t), так как это обеспечит руководство по движению ручки, которое следует ожидать от расчета, это число также следует использовать в конце уравнения для проверки результата. (правило).

(n1) Нам нужно 21 деление, поэтому 360 градусов делятся на 21 деление.

(t) Рассчитайте количество оборотов ручки для проверки окончательного результата.

(n2) Укажите общее количество отверстий различных серий пластин с отверстиями.
(x) Разделите первый результат на ответ до тех пор, пока не будет получено целое число, подставив в расчет результаты различных серий отверстий.

(линейка) Запишите результат для использования с делительной головкой и проверьте математику, разделив полученное количество отверстий на ряды пластин с отверстиями.Цифра должна равняться количеству оборотов ручки, рассчитанному выше.

Помните, что вполне возможно использовать любую из нескольких серий пластин с отверстиями для достижения одного и того же результата, и что серия отверстий, приводящая к ближайшему целому числу, всегда должна быть предпочтительнее для использования для наиболее точного и точного углового перемещения. Наш онлайн-калькулятор может помочь в процессе выбора пластины с отверстиями. Все, что вам нужно, это знать серию отверстий, имеющихся на пластине с отверстиями.Попробуйте, нажав на ссылку «калькуляторы».

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТРЕЛК ЧАСОВ
Большинство разделителей снабжено набором «часовых стрелок» или указателей, которые предназначены для облегчения быстрого размещения стержня ручки в отверстии в пластине с отверстиями. Они могут быть установлены на определенное количество отверстий вокруг пластины с отверстиями, чтобы инженер не потерял количество отверстий во время движения патрона. Стрелки регулируются для вращения вокруг центра и могут перемещаться независимо по желанию путем ослабления стопорного винта. Это можно найти, осторожно повернув центральную крышку до тех пор, пока головка винта не будет видна через небольшое смотровое отверстие, просверленное в крышке.
Использование часовых стрелок достигается совмещением первой стрелки с передней частью пальца ручки, затем подсчетом количества отверстий, необходимых для получения правильного углового движения, и установкой второй стрелки около этого положения отверстия. Например: используя пластину с отверстиями серии 21, мы знаем, что нам нужно 40 отверстий. Итак, установите первый указатель напротив передней части штифта ручки – затем переместите второй указатель на 2 отверстия против часовой стрелки вокруг пластины и затяните стопорный винт. Выполните операцию механической обработки в этом положении, затем переместите стрелки часов как единое целое (теперь обе стрелки заблокированы вместе с помощью стопорного винта) так, чтобы секундная стрелка коснулась задней части пальца ручки. Поверните ручку по часовой стрелке так, чтобы штифт ручки находился напротив задней части первого указателя (один полный оборот и девятнадцать отверстий – 21 отверстие + 19 отверстий = 40 отверстий).Продолжайте эту процедуру до тех пор, пока не будут завершены операции обработки для полного перемещения на 360 градусов. Важно помнить, что вращательные движения должны продолжаться в одном и том же направлении на протяжении всей операции обработки. Таким образом, люфт в механизме поворотной оси не повлияет на готовый продукт.

Разработка и оптимизация устройств поляризационного расщепления и вращения в технологии кремний на изоляторе

Мы рассматриваем устройства поляризационного расщепления и вращения фотонных устройств на основе технологической платформы кремний на изоляторе, уделяя особое внимание их характеристикам и критериям проектирования.Кроме того, мы представляем теоретическое исследование и оптимизацию некоторых архитектур ротаторов и разветвителей, которые будут использоваться в схемах с поляризационным разнесением. В этом контексте производственные допуски и их влияние на производительность устройства теоретически оцениваются также путем строгого моделирования.

1. Введение

В последние несколько лет технологическая платформа кремний-на-изоляторе (SOI) широко использовалась для изготовления интегрированных фотонных устройств, которые будут использоваться в нескольких приложениях, таких как высокоскоростная обработка данных и оптическое зондирование. [1–3].

В этом контексте интегрированные кремниевые фотонные устройства демонстрируют некоторые уникальные и значительные преимущества по сравнению с другими материальными системами и технологическими платформами (например, соединениями III – V и сплавами), подходящими для изготовления фотонных устройств. Среди всего этого следует отметить, что кремниевые фотонные устройства представляют собой CMOS (дополнительный металл-оксидный полупроводник), совместимые со стандартными технологическими средствами микроэлектроники и, таким образом, способные к крупномасштабной интеграции и дешевому производству.Кроме того, высокий контраст показателя преломления (т.е.) между кремнием (Si) и его оксидом (SiO ₂) в диапазонах C и L (т.е. 1530–1625 нм согласно стандарту ITU) позволяет изготавливать сверхкомпактные кремниевые фотонные устройства. и схемы, характеризующиеся небольшими габаритными размерами [4]. С другой стороны, фотонные устройства страдают от большого двойного лучепреломления с поперечной электрически-поперечной магнитной (TE-TM) поляризацией из-за вышеупомянутого высокого контраста показателя преломления [5, 6].Следовательно, поляризационная модовая дисперсия (PMD), зависящие от поляризации потери (PDL) и длина волны, зависящая от поляризации (PD λ ), представляют собой значительные и немаловажные недостатки, которые ограничивают производительность устройства и ставят под угрозу его работу [7]. Кроме того, зависимость от поляризации накладывает очень строгие производственные допуски для кремниевых фотонных устройств. Например, рассматривая фотонный фильтр на основе кольцевого резонатора радиусом 10 мкм и радиусом м с кремниевым волноводом шириной 300 нм, флуктуация ширины сердцевины составляет всего 1 нм (т.е.е., нм) вызывает разницу в резонансной длине волны между TE-модой и TM-модой более 100 ГГц [8]. Таким образом, повышение точности технологических процессов, таких как электронно-лучевая (электронно-лучевая) литография и реактивное ионное травление (РИЭ), а также разработка кремниевых фотонных устройств, характеризующихся нулевым двулучепреломлением, представляет собой подходящий подход для минимизации зависимости характеристик микрофотонного кремниевого прибора на поляризацию падающего света [9]. Были также предложены другие решения, такие как использование изогнутых волноводов с высоким двулучепреломлением из нитрида кремния (Si ₃ N ₄) на платформах КНИ [10], контроль двулучепреломления КНИ волновода путем создания напряжения в слоях оболочки [11] или в кремниевой сердцевине [12], или нанесением тонкого легированного верхнего слоя на кремниевую пластину [13].Однако субнанометрическая точность и другие конкретные технологические решения (например, использование напряженных или легированных слоев) не всегда подходят для крупномасштабной интеграции и недорогого производства.

Фактически, схема с поляризационным разнесением обычно считается оптимальным подходом для решения проблемы поляризационной зависимости, влияющей на фотонные КНИ-устройства с высоким контрастом показателя преломления [14–20]. Для этого принцип работы схемы поляризационного разнесения можно проанализировать по схеме, представленной на рисунке 1.

Конфигурация, изображенная на рисунке 1, представляет базовую архитектуру схемы поляризационного разнесения, состоящей из поляризационных разветвителей (PS) и ротаторов (PR) [21–23]. В частности, на входной секции ортогональные поляризационные компоненты входящего света разделяются на два разных волновода с помощью поляризационного делителя (то есть PS1). Следовательно, вращатель поляризации (то есть PR1) используется в одном из волноводов для получения поворота на 90 °. Таким образом достигается единая поляризация, и два пути могут работать параллельно с идентичными структурами.В этом случае функциональное устройство работает только с оптическими сигналами с TE поляризацией. Например, это может быть чувствительный к поляризации микрокольцевой резонатор, используемый для обработки оптических сигналов, такой как фильтрация или мультиплексирование с добавлением-падением. В выходной секции может быть реализована симметричная конфигурация, состоящая из вращателя поляризации (т. Е. PR2) и одного поляризационного делителя (т. Е. PS2), чтобы объединить две поляризации без каких-либо помех. В заключение, преобразователи размера пятна (SSC) также могут использоваться как на входе, так и на выходе для передачи оптического сигнала от входного волокна в схему и наоборот.Наконец, рассматривая схему, показанную на Рисунке 1, можно спроектировать обратную конфигурацию, чтобы функциональное устройство работало только с оптическими сигналами с TM поляризацией.
В Разделе 2 представлены и описаны последние устройства с поляризационным расщеплением и вращением SOI как фундаментальные строительные блоки схем с поляризационным разнесением. В частности, подробно обсуждаются основные принципы работы таких архитектур устройств с упором на поляризационное расщепление и характеристики преобразования, а также на критерии проектирования.
Наконец, в Разделе 3 исследуются и моделируются некоторые поляризационные делители и вращатели, проанализированные в Разделе 2, включая полезное сравнение и акцент на влиянии допусков изготовления на характеристики устройства.
2. Устройства разделения поляризации и вращения в технологической платформе SOI
В настоящее время возможность управления состоянием поляризации оптических сигналов и манипулирования им обеспечивается с помощью преобразователей режимов поляризации (PMC).Как правило, можно различать две категории PMC: категории, основанные на эволюции адиабатических мод [24], и категории, основанные на интерференции мод (например, связь мод). В частности, первые характеризуются большой длиной устройства, невысокими допусками на изготовление и широкой рабочей полосой пропускания. Напротив, PMC, основанные на интерференции мод, очень чувствительны к рабочей длине волны и геометрии интегрированной направленной волны, что приводит к более жестким допускам на размеры. Более того, среди модовых интерференционных PMC, те, которые основаны на асимметричных волноводах с периодической нагрузкой, были одними из первых, которые были введены и исследованы.Недавно Баят и др. [25] предложили их применение, используя интересные свойства фотонных кристаллов на стандартной технологической платформе SOI.
Сравнение различных PMC может поддерживаться использованием определенных параметров, таких как коэффициент затухания поляризации (PER) и эффективность преобразования поляризации (PCE), определяемые следующим образом: В (1) – выходная мощность оптического сигнала, поляризация которого была преобразована с использованием PR, а – выходная мощность ортогональной моды (т.е.е., мода с поляризацией 90 ° по отношению к преобразованному сигналу). Кроме того, характеристики поляризационных светоделителей и ротаторов можно сравнить с точки зрения вносимых потерь (ВЛ), определяемых как где – мощность поляризованной моды на входе PS.
Первое устройство, рассматриваемое в этом разделе, представляет собой PR на основе эволюции мод в технологии SOI, предложенной Zhang et al. [26]. Фотонный волновод имеет кремниевую сердцевину с показателем преломления = 3.5 на рабочей длине волны мкм м, в окружении диоксида кремния (= 1,45 @ 1,55 мкм м). PR, изображенный на рисунке 2, характеризуется входной частью, состоящей из кремниевого волновода 400 нм (высота) × 200 нм (ширина). В середине переходная область создается за счет сужения кремниевого волновода до выходной секции, где поперечное сечение волновода составляет 400 нм (ширина) × 200 нм (высота).

Как показано на рисунке 2, распределение оптических мод во входном волноводе является квази-TM поляризованным.С этой целью было проведено модальное исследование на основе метода конечных элементов 2D (МКЭ) для расчета пространственных распределений оптических мод [27]. За пределами входной секции поляризация оптического сигнала вынуждена вращаться, пока сигнал распространяется вдоль переходной области в сильно асимметричном волноводе. Для этого конструкция переходной области должна быть выполнена таким образом, чтобы общее вращение поляризации в конце переходной области составляло 90 °, согласно где – угол между направлением распространения и поляризацией падающего света в поперечном сечении th волновода вдоль переходной области с учетом промежуточных сечений для моделирования методом МКЭ.В конце устройства оптический сигнал эффективно преобразуется, что приводит к распределению квази-TE поляризованных мод, сосредоточенных в выходном симметричном кремниевом волноводе. Устройство может работать в обратном режиме, позволяя вращать поляризацию из квази-TE в квази-TM. Фактически, мода TM в горизонтальном волноводе также соответствует эффективному показателю преломления моды TE в вертикальном волноводе. Следовательно, при запуске либо квази-ТМ, либо квази-ТЕ режима на входной секции ПР, осуществляется эффект вращения поляризации.Следует отметить, что строгая конструкция и точное изготовление переходной области являются фундаментальными требованиями для получения низких потерь и эффективного вращения, а также эффективного согласования показателей преломления между распространяющимися модами во входном и выходном волноводах. С этой целью Zhang et al. теоретически и экспериментально продемонстрировали PER до 15 дБ в случае преобразования TE-TM и IL <1 дБ в переходной области, с PR, характеризующимся общей длиной 40 мкм м.Было доказано, что зависимость от длины волны не является существенной в спектральном диапазоне от 1450 до 1750 нм, показывая уменьшение коэффициента экстинкции менее чем на 2 дБ при преобразовании TM-TE и менее чем на 1 дБ при преобразовании TE-TM. С технологической точки зрения кремниевый ПР на основе двухслойной кремниевой волноводной структуры был обработан двухступенчатым сухим травлением, в результате чего было изготовлено сложное устройство. Фактически, эффект несовпадения двух слоев, используемых при изготовлении PR, может снизить эффективность вращения.В заключение, эффективный PR, предложенный в [26], демонстрирует лучшие характеристики в случае преобразования поляризации TE-TM с общим IL 3 дБ и большими производственными допусками.
Подобный PR, основанный на эволюции мод в технологии SOI, был разработан, изготовлен и охарактеризован Wirth et al. [28]. Устройство характеризуется архитектурой, аналогичной архитектуре, ранее изображенной на рисунке 2. Однако в этом случае оптимизированные размеры волновода составляют 500 нм (высота) × 250 (ширина) и 500 нм (ширина) × 250 (высота) на входе и на входе. выходные разделы соответственно.PR с общей длиной 37,5 мкм м демонстрирует PER для поворота TM в TE между 17,8 дБ и 26 дБ в диапазоне длин волн от 1525 нм до 1570 нм, показывая более высокие характеристики по сравнению с предыдущим устройством PR.
Основным преимуществом представленных выше фотонных ПР является возможность достижения высокой эффективности вращения поляризации как в нормальных, так и в аномальных условиях запуска. В частности, при рассмотрении PR, изображенного на рисунке 2, нормальное условие запуска возникает, когда входная мода является квази-TM поляризованной, причем эта мода является основной модой, поддерживаемой волноводом.Напротив, аномальное состояние возникает из-за запуска на входе квази-TE поляризованного оптического режима. Очевидно, это различие зависит от размеров и геометрии кремниевого волновода; таким образом, определение относится к структуре волновода на входе PR.
В этом контексте Zhang et al. предложил преобразователь размера моды КНИ для каскадного подключения к ранее проанализированному PR, чтобы воспользоваться преимуществами работы в условиях аномального запуска [29]. Предлагаемый преобразователь размера мод характеризуется аналогичными размерами ПР, изображенного на рисунке 2 (т.е., входной волновод: 400 нм (высота) × 200 нм (ширина), входной волновод: 400 нм (ширина) × 200 нм (высота). Однако переходная область имеет симметричный боковой конус и форму псевдовертикального конуса. Таким образом, пространственное распределение квази-ТЕ-оптической моды постепенно преобразуется по мере постепенного преобразования волновода из вертикального в горизонтальный волновод. Для этой цели моделирование 2D-FEM в различных секциях устройства показано на рисунке 3. Длина переходной области преобразователя размера моды может быть не менее 5 мкм м, показывая IL около 2 дБ.Учитывая большую длину переходной области (т.е. 30 мкм м) IL по-прежнему остается стабильной на уровне около 2 дБ, обнаруживая довольно большие допуски при изготовлении. Более того, PER достигает ~ 17 дБ, что было продемонстрировано экспериментально. Общее устройство, состоящее из каскадной конфигурации, показано на рисунке 3. В частности, оно характеризуется общей длиной 3 мм и страдает от высоких потерь распространения в диапазоне от 6,5 до 7,5 дБ. С этой целью авторы предлагают процесс термического окисления кремния для уменьшения шероховатости боковых стенок кремниевого волновода в качестве подходящего подхода для минимизации общих потерь при распространении.В заключение, процесс изготовления требует двухэтапного травления. Следовательно, эффект рассогласования между двумя слоями, используемыми при изготовлении PR и преобразователя размера моды, может снизить общую эффективность вращения.

Zhang et al. исследовали и изготовили SOI PR на основе каскадной конфигурации, подобной обсужденной выше [33]. Единственное различие касается как PR, так и преобразователя размера мод, которые основаны на волноводах с горизонтальной щелью вместо обычных волноводов с кремниевым каналом.Схема интегрированного фотонного устройства показана на рисунке 4.

Предлагаемый технологический подход, состоящий в многослойном осаждении и последовательных этапах травления, оправдан высокой технологической надежностью по отношению к изготовлению на основе двухступенчатого сухого травления. как проанализировано выше. Фактически, возможность избежать частичного травления в волноводе кремниевого канала позволяет снизить IL и улучшить характеристики устройства. В частности, щелевой волновод служит стопорным слоем для объемного слоя кремния в последнем процессе травления.Таким образом, эффект несовпадения между несколькими слоями сводится к минимуму, что приводит к ослаблению допусков на изготовление и лучшему контролю процесса. Наконец, изготовленное устройство КНИ демонстрирует потери при распространении до 5,2 и 2,38 дБ / см для квази-TE и квази-TM поляризованной моды соответственно. Более того, IL для модового преобразователя всего 0,5 дБ и PER более 14 дБ были достигнуты для устройств различной длины, с равномерной характеристикой в диапазоне длин волн, расширенной от 1530 до 1600 нм в случае TE-TM и TM-TE. поляризационные преобразования.Главный недостаток такого типа устройств – общая длина. Фактически, при суммировании длин PR, преобразователя размера моды и промежуточной переходной области получается общая длина устройства, превышающая 1-2 мм, что приводит к высоким потерям на распространение и низкой производительности устройства.
Последний PMC, основанный на эволюции адиабатической моды, анализируемый в этом разделе, был предложен Caspers et al. [34]. В частности, авторами теоретически исследован сверхкомпактный гибридный плазмонный режим эволюции ПР.Устройство предполагается изготовить на технологической платформе SOI и состоит из стандартных кремниевых нанопроволок в качестве входных и выходных волноводов, имеющих толщину 220 нм и ширину 450 нм. В промежуточной части кремниевый волновод частично окружен слоем золота толщиной 200 нм, отделенным от кремниевого волновода промежуточным слоем SiO ₂. Система волноводов Si-Au была разработана для работы на рабочей длине волны мкм м. Кроме того, гибридные моды, рассматриваемые как комбинации поверхностных плазмонных поляритонов (SPP), возбуждаемых на границе раздела металл-диэлектрик, и обычных диэлектрических волноводных мод распространяются вдоль переходной области, где происходит вращение поляризации.Фактически, слой Au должен вращаться вокруг кремниевого волновода, чтобы вызвать преобразование поляризации. Несмотря на сложность изготовления устройства, результаты моделирования показывают возможность достижения PER более 17 дБ и IL 1,6 дБ при общей длине устройства всего 4,7 мкм м. В этом контексте недавно был продемонстрирован сверхкомпактный поляризатор TE-pass, изготовленный на платформе SOI, с использованием горизонтального наноплазмонного щелевого волновода [35]. В частности, устройство состоит из канального кремниевого волновода, окруженного слоем термического оксида толщиной 10 нм.В частности, область щели SiO ₂ вставлена между слоем меди (Cu) и кремниевой сердцевиной, характеризующей канальный волновод. Принцип работы заключается в том, что только ТЕ поляризованная оптическая мода сосредоточена в двух вертикальных щелях SiO ₂, а мода ТМ ограничена в верхней горизонтальной щели. Таким образом, разработав горизонтальный наноплазмонный щелевой волновод с шириной менее 210 нм, можно достичь отсечки для TM-моды, поскольку она больше не ограничена.Наконец, оптимизированное устройство, характеризующееся общей длиной менее 10 мкм м, демонстрирует PER более 16 дБ в рабочей полосе шириной 80 нм с вносимыми потерями 2,2 дБ.
Далее мы анализируем категорию ротаторов поляризации КНИ, основанных на принципе нарушения волноводной симметрии. С этой целью Leung et al. предложили исчерпывающий численный анализ асимметричного волновода на основе нанопроволоки КНИ как компактного ПР [36]. Чтобы понять принцип работы таких устройств, на рисунке 5 схематически показано поперечное сечение кремниевого волновода.Принцип нарушения симметрии волновода состоит в реализации канавки в кремниевой сердцевине волновода с помощью маски из фоторезиста с одной канавкой и травления на желаемую глубину. В частности, предлагаемый здесь волновод КНИ характеризуется габаритной шириной нм и высотой нм. Одиночный желоб имеет ширину 100 нм () и высоту 400 нм (), в то время как параметры, обозначенные как « a » и « b » на Рисунке 5, были установлены на 600 нм и 100 нм, соответственно.

Работа асимметричных волноводов основана на возбуждении так называемых гибридных мод.Фактически, в таких архитектурах устройств невозможно различить полностью TE или TM поляризованные оптические моды из-за сильной асимметрии волновода. Следовательно, происходит возбуждение гибридных мод, и можно различать доминирующие и недоминирующие оптические поля выбранной управляемой моды. Поперечное сечение волновода должно быть спроектировано таким образом, чтобы максимально возбуждать высокогибридные моды. В частности, описанный ранее кремниевый волновод был смоделирован на рабочей длине волны мкм, м, а пространственные распределения доминирующего (-поле) и недоминирующего (-полевого) оптического поля показаны на рисунке 5.
Гибридные моды, возбуждаемые в асимметричном волноводе, поворачиваются на 45 ° относительно оси и, в результате чего возникают ортогональные гибридные моды с поляризацией 50% TE и 50% TM. Поскольку эти две поляризованные моды перемещаются по волноводу с одной траншейной секцией, их состояния поляризации будут непрерывно вращаться из-за разности фаз между гибридными модами. В частности, на расстоянии состояние поляризации будет полностью повернуто. Параметр называется длиной половинной доли и определяется следующим образом: где – разность постоянных распространения доминирующего и недоминантного оптических полей.Таким образом, исходное фазовое состояние между сильно поляризованными модами будет изменено на обратное после прохождения расстояния, и состояние поляризации будет повернуто на 90 ° по отношению к исходному, характеризующему оптическую моду, введенную в волновод. Авторы представили обширный численный анализ с целью оптимизации геометрии волновода и длины устройства для получения наилучших характеристик преобразования поляризации. Фактически, при общей длине устройства мкм м преобразование поляризации 99% может быть получено с IL всего до 0.21 дБ и перекрестные помехи поляризации около -22,38 дБ. Наконец, основное преимущество этого PR в технологии SOI по сравнению с ранее проанализированными, состоит в простоте процесса изготовления, поскольку для изготовления устройства требуются только два этапа травления.
Velasco et al. недавно предложили интригующую эволюцию асимметричного волновода с одним каналом, описанного выше, чтобы улучшить характеристики вращения поляризации и минимизировать общую длину устройства [30].
В частности, был разработан и изготовлен асимметричный кремниевый волновод, характеризующийся двумя канавками в кремниевой сердцевине, как показано на рисунке 6.

Принцип работы такого устройства основан на возбуждении ортогональных гибридных мод, как это было проанализировано для предыдущей однотраншейной КНИ ПР. Авторы экспериментально продемонстрировали интригующие характеристики преобразования поляризации. Фактически, PER = 16 дБ, эффективность преобразования поляризации до 97,5% для преобразования TE-TM и ширина полосы 47 нм были достигнуты при длине устройства PR всего 10 мкм м. С технологической точки зрения для изготовления требуется всего одна стадия травления.Фактически, можно воспользоваться эффектом запаздывания RIE, то есть зависимостью глубины травления от ширины канавки для небольших размеров элементов. В заключение, кремниевый волновод шириной 450 нм был разработан для работы на рабочей длине волны мкм, м (см. Рисунок 6). Другими геометрическими параметрами являются ширина канавки, равная = 60 нм и = 85 нм, и соответствующая глубина травления, равная = 210 нм и = 230 нм.
В заключение, вращатели поляризации на основе асимметричных волноводов КНИ были также предложены в [31, 37].Для этих устройств не характерны одно- или двухканальные сечения. Фактически, асимметрия достигается за счет введения дефекта квадратной формы вдоль сердцевины кремниевого волновода, как показано на рисунке 7. Поперечное сечение кремниевого волновода такое же, как и ранее предложенное на рисунке 5, при условии, что параметр « b» ”устанавливается равным 0 нм. В частности, устройство характеризуется слоем аморфного кремния толщиной 160 нм, нанесенным на слой оксида кремния толщиной 5 нм, термически выращенный на 200-миллиметровой пластине SOI.

Согласно рисунку 7 геометрическими параметрами, выбранными для изготовления устройства, являются нм, мкм м и коэффициент заполнения (FF), равный 75%. Во всем мире производительность устройства свидетельствует о том, что PCE достигает 89% с перекрестными помехами -9,55 дБ в полосе пропускания до 80 нм. Конструкция устройства очень прочная, а допуски изготовления, экспериментально проанализированные, должны быть ослаблены по сравнению с допусками, характерными для других архитектур PR, проанализированных в этом разделе. Основным недостатком таких устройств является четырехступенчатый технологический процесс травления, используемый для изготовления.
Наконец, аналогичная конфигурация устройства, предложенная Aamer et al. [31] состоит из обычного проволочного волновода из КНИ, покрытого кварцевой оболочкой толщиной 1 мкм м. Эффективность преобразования поляризации выше 82,2% в диапазоне длин волн 30 нм и IL от -1 дБ до 2,5 дБ была экспериментально продемонстрирована в устройстве длиной 25 мкм м. В этом случае общее количество этапов травления, необходимых для изготовления устройства, ограничивается двумя.
Далее кратко рассматривается класс PMC, основанный на принципе модовой интерференции.В частности, первая архитектура предложена Даем и Бауэрсом [32]. Устройство состоит из сверхкомпактного вращателя поляризационного делителя, реализованного путем объединения адиабатического конуса (действующего как PR) и асимметричного направленного ответвителя (действующего как PS), как показано на рисунке 8.

Принцип действия такого устройства можно объяснить, во-первых, анализируя адиабатическую конусность во входной секции. Этот конус основан на обычном кремниевом световоде с фотонной проволокой, имеющем высоту 220 нм.Ширина волновода постепенно изменяется от минимального значения = 0,54 мкм м до максимального значения = 0,9 мкм м, что соответствует ширине асимметричной направленной связи, как показано на рисунке 8. Обычно, когда кремниевый провод волновод вертикально симметричен (т.е. SiO ₂ в качестве материала нижней и верхней оболочки), возбужденные моды чисто поляризованы. Это утверждение неверно, если вертикальная симметрия не проверена (например, воздух или Si ₃ N ₄ в качестве материала оболочки из кремния).Фактически, когда показатели преломления верхней оболочки различны (т. Е. И при мкм м), невозможно различить поляризацию некоторых собственных мод из-за гибридизации мод. Для этого на рисунке 9 показаны эффективные показатели, рассчитанные для кремниевого волновода с оболочкой из Si ₃ N ₄, в зависимости от различных значений ширины волновода. Из графика можно заметить, что для ширины волновода около 0,76 мкм м происходит преобразование моды между основной модой TM и первой модой TE более высокого порядка.Таким образом, поперечные сечения входного и выходного волновода должны характеризоваться шириной волновода меньше и больше 0,76 мкм м соответственно, чтобы предотвратить любое преобразование мод.

В этом контексте он имеет значение = 0,54 мкм м и = 0,9 мкм м при соблюдении условия, упомянутого выше. Более того, он достаточно мал, чтобы соответствовать условиям одномодового режима. Напротив, адиабатический конус характеризуется шириной волновода в диапазоне от до, чтобы поддерживать преобразование мод согласно фиг.9.
Выходная секция PMC, показанная на рисунке 8, представлена асимметричным направленным ответвителем, плечи которого идентифицируются кремниевым волноводом шириной 0,9 мкм и шириной м и узким волноводом шириной около 0,4 мкм м. Таким образом, первая ТЕ-мода высшего порядка, возбуждаемая вдоль адиабатического конуса, связана с основной ТЕ-модой соседнего узкого волновода. Таким образом, входная основная мода волновода TM может быть преобразована в основную моду TE на перекрестном порте асимметричного направленного ответвителя.Когда основная мода TE запускается во входном волноводе, она не меняет своего состояния поляризации вдоль адиабатического конуса, согласно кривым, приведенным на рисунке 9. Более того, основная мода TE, распространяющаяся в широком волноводе, не может быть связана с соседними узкий в области несимметричного направленного ответвителя из-за рассогласования фаз. Наконец, результаты моделирования показывают, что эффективность преобразования поляризации достигает 100% при длине устройства менее 100 мкм м.В заключение, для изготовления устройства необходим только процесс с одной маской, сочетающий поляризационное расщепление и вращение в компактном интегрированном фотонном устройстве.
Подобные устройства PMC были теоретически исследованы и экспериментально продемонстрированы, обнаружив вносимые потери до -0,6 дБ и коэффициент затухания 12 дБ [21]. Более того, Ding et al. [38] разработали сверхкомпактный вращатель поляризационного делителя для преобразования поляризации TE-TM. Авторы экспериментально продемонстрировали очень большие производственные допуски, рассматривая устройство SOI в целом, покрытое воздухом.Фактически, допуск на узкую ширину волновода снижен до более чем 14 нм, эффективность преобразования остается стабильной для длины сужения от 100 мкм м до 140 мкм м, и устройство становится менее чувствительным к длине. направленного ответвителя.
В области исследования PMC, основанных на физическом принципе интерференции мод, следует отметить очень эффективный преобразователь поляризации TE-TM на основе двух связанных кремниевых нанопроволок в технологической платформе SOI, продемонстрированный Liu et al.[39]. В частности, принцип работы такого устройства основан на кроссполяризационной связи в волноводах с высоким показателем преломления. Фактически, никакая перекрестная связь между фундаментальными TE- и TM-поляризованными модами не может происходить через волноводы, поскольку они ортогональны в предположении, что профиль волновода симметричен либо по горизонтали, либо по вертикали. Однако в предлагаемом устройстве вертикальная симметрия нарушена, поскольку связанные волноводы покрыты воздухом, а буферный слой – кремнеземом.Кроме того, горизонтальная симметрия также нарушается размещением двух параллельных асимметричных волноводов разной ширины. Следовательно, можно спроектировать ширину волновода для выполнения условий фазового синхронизма между TE- и TM-модами, что приведет к эффективному взаимодействию TE-моды в одном волноводе с TM-модой в другом. Фактически, PCE выше 92% при общих вносимых потерях ниже -1,6 дБ может быть достигнуто в очень компактном устройстве, характеризующемся общей длиной 44 мкм м и работающем с рабочей полосой пропускания до 40 нм.Наконец, предлагаемое устройство может быть легко изготовлено за один этап травления и УФ-литографии.
Ультракороткий PS, основанный на том же принципе работы, что и описанный выше, был продемонстрирован Даем и Бауэрсом с использованием изогнутого направленного ответвителя, состоящего из двух волноводов КНИ с различной шириной сердцевины [40]. Преимущество использования такой архитектуры состоит в достижении длины устройства менее 10 мкм м и ширины полосы до 200 нм с коэффициентом экстинкции более 10 дБ.Кроме того, допуски на изготовление по изменению ширины волновода довольно низки и составляют более ± 60 нм.
Дальнейшее усовершенствование этого типа PS на основе связанных волноводов было предложено Dai et al. [41]. В частности, PS на основе асимметричного направленного ответвителя с S-образным изгибом был предложен путем рассмотрения полосовой нанопроволоки, соединенной с наноразмерным волноводом. Принцип действия такого устройства основан на двулучепреломлении щелевого волновода [42]. Фактически, эффективный показатель TE поляризованной оптической моды, распространяющейся в щелевом волноводе, обычно невелик (аналогично показателю преломления материала оболочки), поскольку оптическое поле в основном ограничено покровной средой (т.е.е. материал с низким показателем преломления, такой как воздух). Напротив, эффективный показатель TM-поляризованной моды выше, чем у предыдущей, поскольку оптическое пространственное распределение в основном сосредоточено в материале с высоким показателем преломления (например, кремнии). Таким образом, эффективные показатели оптических мод, распространяющихся в кремниевых щелевых и ленточных волноводах из нанопроволоки, различаются, особенно для TE поляризованного волновода. Следовательно, это большое фазовое рассогласование предотвращает передачу мощности TE-моды от входного порта волновода канала к выходному порту щелевого волновода.Тем не менее, TM-мода может быстро проникать в щелевой волновод, если оба размера волновода правильно спроектированы для достижения наилучшего фазового согласования, что приводит к очень эффективному поляризационному расщеплению. В этом контексте результаты моделирования подтверждают возможность достижения коэффициента ослабления более 10 дБ в рабочей полосе пропускания более 160 нм за счет разработки PS длиной 6,9 мкм и м.
Аналогично, Lin et al. разработали, изготовили и охарактеризовали сверхкомпактный поляризационный делитель, состоящий из канального кремниевого волновода, соединенного с кремниевым щелевым волноводом [43].С этой целью были достигнуты коэффициенты затухания поляризации 21 дБ и 17 дБ для поляризации TE и TM, соответственно, с длиной связи 13,6 мкм м.
Кроме того, был экспериментально продемонстрирован компактный PS на основе двух связанных горизонтальных кремниевых щелевых волноводов с длиной связи 15 мкм м, показывающий коэффициент экстинкции более 16 дБ на рабочей длине волны λ = 1,55 мкм м [44].Главный недостаток такой архитектуры – довольно сложная конструкция. В частности, предлагаемый PS был изготовлен на 8-дюймовой кремниевой пластине со слоем скрытого оксида (BOX) толщиной 2 мкм. Изготовление устройства заключается в начальном многослойном осаждении (т.е. 250 нм аморфного Si в качестве нижнего слоя Si, затем 60 нм SiO ₂ в качестве щели и, наконец, 250 нм аморфного Si в качестве верхнего слоя Si) с использованием химического плазмохимического воздействия. осаждение из паровой фазы (PECVD). Следовательно, волноводные структуры могут быть сформированы с помощью оптической литографии, а затем протравлены с помощью RIE до поверхности BOX.
Наконец, дальнейшая эволюция этих PS на основе щелевых волноводов была недавно исследована Ван и др., Предложив новую архитектуру PS, основанную на вертикальном многощелевом волноводе, соединенном с кремниевой нанопроволокой [45]. Численные результаты показывают, что рабочая полоса пропускания достигает 22 нм (от 1,540 мкм м до 1,562 мкм м), с перекрестными помехами ниже -20 дБ и общей длиной устройства 20,5 мкм м.
Фактически, дальнейший рубеж исследований архитектур PS на основе асимметричных и симметричных изогнутых ответвителей – это интеграция плазмонных волноводов [46, 47].В частности, в дополнение к традиционным принципам адиабатической эволюции мод и связи мод, уже проанализированным в этом разделе, использование металлических слоев в устройствах PS и их большое двойное лучепреломление позволяет возбуждать SPP светом определенной поляризации. Преимущества использования таких устройств заключаются в возможности изготовления PS очень короткой длины (например, 1,1 мкм м), поскольку SPP могут быть заключены в очень небольшие области удержания, что приводит к улучшенному взаимодействию легкой материи и сверхвысоким характеристикам. (е.g., PER> 20 дБ и IL <1 дБ). Напротив, изготовление таких устройств непросто, и для их работы требуется традиционное напыление металла. Кроме того, допуски на изготовление не такие большие, как у других традиционных устройств, проанализированных ранее, что приводит к жесткому контролю технологического процесса.
В настоящее время проводится несколько исследований с целью разработки и изготовления сверхкомпактных и сверхвысокопроизводительных PMC (то есть PR, а также PR), основанных, например, на нелинейном волноводе с конической щелью [48], многомодовом интерференционном (MMI) ответвителе. [49] и гнуть асимметричные пластинчатые волноводы [50] в сторону повышения производительности, более компактных устройств и более простого изготовления с меньшими допусками.
3. Проектирование и оптимизация высокопроизводительных PMC
В этом разделе представлены строгие теоретические моделирования и оптимизации четырех устройств PMC в технологии SOI. Кроме того, использовались инструменты моделирования, основанные на методах расширения собственных мод (EME) и конечных разностей (FD) (например, FIMMPROP от Photon Design ^© [51] и COMSOL Multiphysics ^© [27]). исследовать производственные допуски, поскольку они существенно влияют на производительность и применение поляризационных расщепителей и ротаторов [52].С этой целью наша процедура исследования состоит в рассмотрении многомерного пространства, определяемого всеми геометрическими параметрами, характеризующими проектируемое устройство (например, длиной, шириной волновода, зазором ответвителя и коэффициентом заполнения, и это лишь некоторые из них). Следовательно, процесс оптимизации заключается в вычислении уникальной геометрической конфигурации, которая позволяет достичь наилучшей производительности с точки зрения PER, PCE и IL. В частности, реализуется итерационная процедура, в которой требуется несколько шагов, путем изменения одного измерения геометрического пространства по одному и одновременной фиксации всех остальных в течение той же итерации.Наконец, небольшие отклонения от номинальных значений некоторых критических геометрических параметров, составляющих оптимизированное многомерное пространство, будут приняты во внимание для моделирования влияния производственных допусков на общую производительность устройства.
Первая архитектура, рассматриваемая в нашем анализе (т. Е. Устройство № 1), представляет собой PR, основанный на принципе эволюции режима, таким образом, работающий так же, как устройство, показанное ранее на рисунке 2. В частности, предполагается, что кремниевый фотонный волновод реализован на буферном слое SiO ₂ и покрыт верхней оболочкой из диоксида кремния толщиной 2 мкм и толщиной м.Более того, входной и выходной волноводы имеют размеры 500 нм (высота) × 250 нм (ширина) и 500 нм (ширина) × 250 нм (высота) соответственно.
В этом контексте первый процесс оптимизации, который мы исследовали, заключается в вычислении эффективности преобразования поляризации TM-TE как функции увеличения значений общей длины устройства в диапазоне от 10 мкм м до 50 мкм м. Численные результаты представлены на рисунке 10 и свидетельствуют о точном значении длины (т.е. мкм м), которое позволяет устройству демонстрировать максимальные PER и PCE на уровне 26 и 99 дБ.7% соответственно. Однако на рисунке 10 можно наблюдать, как резко снижается эффективность преобразования поляризации для устройств с длиной менее 25 мкм м. Напротив, для более высоких значений длины производительность устройства остается довольно высокой: PCE> 90% и PER> 18 дБ. Таким образом, = 25 мкм м можно считать минимально подходящей длиной для конструкции такого устройства.

С технологической точки зрения, PR, рассматриваемый в этом исследовании, может быть изготовлен с использованием двухэтапного процесса травления с использованием стандартных КМОП-устройств, включая УФ-литографию глубиной 193 нм, реактивное ионное травление с индуктивно связанной плазмой (ICP-RIE ) или электронно-лучевая литография для изображений с очень высоким разрешением.Однако изготовление устройства может быть не таким простым, потому что могут возникнуть эффекты несовпадения между используемыми травильными слоями, что приведет к худшим характеристикам устройства. Следовательно, при проектировании таких устройств следует принимать во внимание анализ производственных допусков по характеристикам PR. Для этой цели мы рассчитали PER и PCE как функцию различных значений вариации глубины травления, которые, как предполагается, происходят как на первом (т.е.определение слоев толщиной 250 мкм, м), так и на втором этапе травления (т.е.е. определение 500 мкм толщиной м слоев), которые являются очень важными процессами проектирования и изготовления. Результаты моделирования, представленные на рисунках 11 (a) и 11 (b), демонстрируют производственные допуски ± 10 нм для первого процесса травления на глубину 250 мкм м. Фактически, в диапазоне шириной 20 нм с центром при номинальном значении 250 мкм м PER и PCE превышают 25 дБ и 99,5% соответственно. На рисунке 11 (b) численные результаты, относящиеся ко второму этапу травления, подтверждают, что производительность устройства резко снижается только в случае недостаточного растяжения, поскольку оптическую моду нельзя эффективно заставить вращаться вдоль переходной области.Напротив, в случае положительных изменений глубины травления около номинального значения 500 мкм м, PER и PCE все еще остаются стабильными и довольно высокими. Таким образом, даже для второго этапа травления могут быть приняты во внимание производственные допуски до ± 10 нм.
В заключение, рабочие характеристики устройства были исследованы также как функция различных рабочих длин волн, чтобы определить рабочую полосу пропускания PR. Результаты моделирования, представленные на рисунке 12, демонстрируют ширину полосы пропускания PR до 100 нм с центром на рабочей длине волны связи мкм м.Фактически, в этой спектральной области PER и PCE выше 20 дБ и 99% соответственно, что свидетельствует о сверхвысоких характеристиках.

В этом контексте полоса пропускания представляет собой очень важный параметр в работе таких устройств. В частности, с физической точки зрения, изменяя рабочую длину волны оптического сигнала, распространяющегося в устройство, распределения оптических мод в поперечных сечениях кремниевого волновода, как показано, например, на рисунках 2, 3 и 5, могут изменение из-за эффектов дисперсии в кремнии и его оксиде, влияющих как на работу устройства, так и на производительность.Следовательно, после того, как архитектура устройства была оптимизирована, необходимо изучить их работу путем развертки спектрального диапазона вокруг рабочей длины волны, чтобы обеспечить высокую производительность в случае одноканальной работы (то есть узкой) или многоканальной работы (т.е. , широкий ).
Вторая архитектура PMC (т.е. устройство №2), рассматриваемая в теоретическом исследовании, представляет собой PR, основанный на принципе нарушения симметрии для возбуждения гибридной моды. Кремниевое устройство характеризуется архитектурой с двумя канавками, как показано на рисунке 6.В частности, вид сверху и вид в разрезе PMC показаны на рисунке 13.

Предполагается, что предлагаемое здесь устройство изготовлено на стандартной технологической платформе SOI (т.е. 2 мкм BOX толщиной м), используя только один этап травления и эффект запаздывания RIE для реализации архитектуры с двумя канавками. Кроме того, в этом случае можно использовать литографию с электронным пучком, поскольку пространство между внутренним и внешним канавками может быть всего ~ 30 нм, что обеспечивает четкость изображения с высоким разрешением.
Устройство было разработано для работы на длине волны мкм м и для эффективного преобразования входной TM-поляризованной оптической моды в TE-поляризованную на выходе. На рисунке 13 все геометрические параметры, характеризующие общее поперечное сечение кремниевого волновода, указаны с единственными исключениями параметра (т. Е. Длина устройства без учета конических областей входа и выхода) и (т. Е. Пространство между внутренний и внешний желоб), так как они были выбраны для оптимизации работы устройства.Фактически, представляет собой критический параметр конструкции, поскольку он может повлиять на ширину как внутренней, так и внешней траншеи. С этой целью при изготовлении реального устройства учитывается допуск в диапазоне ± 6 нм, центрированный вокруг оптимизированного для конструкции значения (т. Е. 34 нм).
В процедуре оптимизации мы проанализировали производительность PR как функцию нескольких геометрических параметров, таких как и, а также внутренней и внешней ширины траншеи, изначально установленных на 60 нм и 90 нм, соответственно.Все численные результаты и результаты моделирования представлены на рисунках 14 (a) –14 (d). В частности, как показано на рисунке 14 (b), наилучшая производительность устройства может быть достигнута, если принять во внимание ширину нм. Фактически, можно достичь PER около 34 дБ и идеального PCE до 99,9%. Для обеспечения PER более 20 дБ и PCE более 95% требуются производственные допуски ± 2 нм. Производительность PR была также смоделирована как функция различных значений длины преобразования, как показано на рисунке 14 (а). В частности, моделирование было выполнено с учетом всех геометрических параметров, фиксированных с шириной, установленной на нм, поскольку показано, что на длину преобразования не влияют изменения.Более того, численные результаты подтверждают, что длина преобразования мкм м является оптимальной, так как можно получить самые высокие PCE и PER. Наконец, можно рассмотреть очень мягкие производственные допуски до ± 500 нм для длины устройства, чтобы гарантировать высокие характеристики преобразования поляризации (т. Е. PER> 25 дБ и PCE> 85%).
Процедура оптимизации кремниевого устройства PR на основе двухканального асимметричного волновода заключается в оценке влияния ширины и высоты траншеи на производительность устройства.В предыдущем разделе мы уже обсуждали эффект запаздывания RIE, обычно используемый для изготовления различных канавок на одном и том же волноводе с использованием одного шага травления. В этом контексте мы сохраняем соотношение между шириной и высотой одной траншеи постоянным, учитывая, в то же время, что это приближение справедливо только для очень небольших изменений как ширины, так и высоты траншеи. Численные результаты, представленные на рисунках 14 (c) и 14 (d), предполагают оптимальную внутреннюю и внешнюю ширину траншеи, равную 60 нм и 90 нм, соответственно.Глубина травления составляет 210 нм для внутренней канавки и 240 нм для внешней при общей высоте волновода 260 нм.
Идеальная производительность устройства может быть теоретически достигнута с геометрическими размерами, упомянутыми выше, и оптимальной длиной преобразования около 5 мкм м, как было продемонстрировано ранее. Кроме того, производственные допуски как на внутреннюю, так и на внешнюю ширину траншеи не так велики. Фактически, изменение ± 3 нм может привести к резкому снижению PER и PCE, которые будут ниже 20 дБ и 85% соответственно.
В заключение, предлагаемая полоса пропускания PR-устройства с центром на мкм м составляет 50 нм, обеспечивая в этом спектральном диапазоне PER> 17 дБ и PCE> 98%.
Третья конфигурация устройства (т. Е. Устройство № 3), рассматриваемая в этом теоретическом исследовании, предложена в [31] и ранее схематично изображена на рисунке 7. В частности, предполагается, что волновод с кремниевым каналом, окруженный кремнеземом, изготовлен на КНИ. пластина со слоем кремния толщиной 220 нм поверх 2 слоя BOX толщиной мкм и толщиной м, преобразованная в асимметричный волновод путем травления квадратного профиля правой внешней стороны.В этом случае для изготовления устройства можно использовать УФ-излучение глубиной 193 нм, а также литографию электронным пучком и травление ICP-RIE. Кроме того, химическое осаждение из паровой фазы (CVD) также может использоваться для пассивации кремниевых фотонных волноводов. Высота волновода составляет 220 нм, а ширину волновода можно настроить для максимального возбуждения ортогональных гибридных мод. Наконец, вытравленный квадратный профиль имеет глубину 70 нм, в то время как его ширина пропорциональна ширине волновода на коэффициент заполнения, обозначенный как FF.
В этом случае первый шаг процедуры проектирования состоит в вычислении оптимальной ширины волновода для возбуждения гибридной моды, которая является фундаментальным требованием для работы устройства. Для этой цели коэффициент пропускания основных ортогональных мод, поддерживаемых волноводом, показан на рисунке 15 как функция различных значений. В результате наших расчетов лучшая ширина волновода составляет нм, что дает ширину канавки 113 нм с коэффициентом заполнения FF = 25%.После определения геометрических размеров поперечного сечения волновода можно проанализировать влияние допусков изготовления и длины устройства на характеристики преобразования поляризации.

Для этой цели было рассмотрено преобразование поляризации TM-TE, и все результаты показаны на рисунках 16 (a) –16 (c).
В частности, оптимальное значение длины составляет мкм м, где можно достичь идеального PCE = 100% и PER> 50 дБ (рисунок 16 (a)).Кроме того, производственные допуски для параметра составляют ~ ± 3 мкм м от оптимального значения. Фактически, производительность устройства остается приемлемой в этом диапазоне, при этом PER всегда превышает 16 дБ.
Производительность устройства также была проанализирована в зависимости от коэффициента заполнения и глубины травления, характеризующей единственную канавку на правой стороне кремниевого волновода. Численные результаты представлены на рисунках 16 (b) и 16 (c). В частности, подтверждено, что оптимальный FF составляет 25%, где PCE и PER являются самыми высокими (т.е., PER> 45 дБ и PCE> 99%). Кроме того, отклонения ± 3% от оптимального значения FF вообще не влияют на производительность устройства.
Глубина травления одной канавки 70 нм – лучшее дизайнерское решение для максимального увеличения как PER, так и PCE. Кроме того, допускается изменение глубины травления в диапазоне ± 5 нм с центром на 70 нм без значительного ухудшения характеристик преобразования поляризации. Наконец, последний график, показанный на рисунке 17, демонстрирует общую ширину полосы пропускания PR до 20 нм с центром на рабочей длине волны мкм м.В этом спектральном диапазоне PER и PCE выше 17,5 дБ и 98,3% соответственно.

Последняя конфигурация PMC (т. Е. Устройство № 4), проанализированная в этом разделе, представляет собой компактный вращатель с поляризационным делителем, который исследовался в [32], предположительно изготовленный на технологической платформе SOI с помощью литографии электронного луча и ICP-RIE. процессы травления. На рисунке 18 схематически изображено предлагаемое устройство со всеми обозначенными геометрическими размерами. PS был разработан для преобразования поляризации TM-TE на рабочей длине волны мкм м.

В частности, предполагается, что вся архитектура покрыта оболочкой из Si ₃ N ₄, чтобы гарантировать асимметричное вертикальное распределение показателя преломления для увеличения гибридизации мод. Для этой цели можно обратиться к рисунку 9, где рассчитанные эффективные показатели для собственных мод, поддерживаемых кремниевым волноводом высотой 220 нм, нанесены на график в зависимости от различной ширины волновода. В частности, адиабатический конус был разделен на три секции, чтобы оптимизировать процедуру проектирования и обеспечить преобразование поляризации TM ₀ -TE ₁ вдоль конической области в соответствии с модальным изменением, приведенным на рисунке 9.
Конструкция асимметричного направленного ответвителя представляет собой важный шаг для правильной работы устройства. Фактически, ТЕ-мода высшего порядка, распространяющаяся по сужающемуся волноводу, не может быть связана с соседним узким волноводом из-за рассогласования фаз. Следовательно, только основная мода TE ₀ будет связана с узким волноводом и направлена на выход устройства. Напротив, мода высшего порядка TE ₁ будет распространяться прямо по входному волноводу, не влияя на разделение оптических мод на соседнем плече.В этом контексте эксплуатационные характеристики устройства были исследованы в зависимости от различных зазоров и длин соединителя, первоначально рассматривая все другие геометрические размеры, которые должны быть фиксированными, как показано на рисунке 18.
На рисунках 19 (a) и 19 (b) устройство производительность (то есть PER и PCE) была схематически показана как функция различных зазоров ответвителя. В частности, наилучшее значение для зазора составляет мкм м, где теоретически могут быть достигнуты PER 12,5 дБ и PCE 95%. Следует отметить, что для значений зазора ниже 0.15 мкм м и выше 0,25 мкм м, производительность PS резко снижается, поскольку коэффициент связи становится слишком малым. Следовательно, мощность, передаваемая на -изгиб в этом состоянии слабой связи, слишком мала, что приводит к снижению эффективности преобразования поляризации. Кроме того, PER уменьшается на 3 дБ при изменении зазора 25 нм, что свидетельствует о более жестких производственных допусках по сравнению с другими конфигурациями PS, как было проанализировано ранее.
После определения оптимального зазора ответвителя мкм м, производительность устройства рассчитывается как функция различных длин связи с целью максимального поляризационного расщепления.На рисунке 19 (b) можно увидеть, что вариации результатов PER и PCE будут периодическими в зависимости от параметра, как и ожидалось в теории связанных мод (CMT). Фактически, график был увеличен только в первом периоде при начальном состоянии мкм м. Кроме того, пик производительности достигается примерно на половине основной длины связи (т. Е. мкм м), в результате чего мкм м, при котором теоретически могут быть достигнуты PER ≈ 17 дБ и PCE ≈ 98%. .Эта тенденция оправдана, потому что вся мощность может быть передана от адиабатического конуса к -изгибу на мкм м, максимизируя преобразование поляризации TM-TE. Наконец, производственные допуски достигают ± 2 мкм м.
Таким образом, оптимизированный асимметричный направленный ответвитель характеризуется зазором ответвителя мкм м и длиной соединения мкм м. Следовательно, последний геометрический размер, который необходимо исследовать, – это сдвиг волновода, представленный параметром, как показано на рисунке 18.Для этой цели численные результаты подтверждают оптимальное значение для мкм м, достигая PER до 39 дБ и PCE выше 99,98%, с производственными допусками ± 400 нм, в диапазоне от 0,7 мкм м до 1,5 мкм м. В заключение, общая полоса пропускания устройства была рассчитана как ~ 170 нм с центром на рабочей длине волны мкм, м, что позволяет работать многоканальному устройству. Наконец, коэффициент ослабления между оптическими мощностями, контролируемыми на выходных портах устройства, был оценен как около 15 дБ при мкм м, что свидетельствует об очень высоких характеристиках.
Этот раздел завершается представлением полезного сравнительного анализа устройств PMC, разработанных и оптимизированных в этой работе. Для этого перечислены все фотонные устройства, обозначенные именем «Устройство №» (с), и соответствующим образом обобщены их характеристики (т.е. PER и PCE), рабочая ширина полосы, общая длина и количество процессов травления, необходимых для их изготовления. Кроме того, в таблице 1 каждое устройство также сравнивается с экспериментальными и теоретическими результатами для соответствующих архитектур устройств, представленных и обсужденных в разделе 2.
ER
9070 Устройство = 39 дБ
PCE ≃ 100%
Устройство Производительность Шаг травления
[26] дБ 300 [26] дБ μ м 2
№ устройства 1 PER = 26 дБ
PCE = 99,7% 100 нм 25 μ м
[30000] = 16 дБ
PCE = 97.5% 47 нм 10 мкм м 1
Номер устройства 2 PER> 17 дБ
PCE> 98% 50 нм 5 μ м
[31] PCE = 82,2% 30 нм 25 мкм м 2
Устройство № 3 PER> 17,5 дБ
PCE = 98,3% 20 29 μ м
[32] PCE ≃ 100% 70 нм 100 μ м 1
P
170 нм 75 μ м
Численные результаты показывают, что, хотя все оптимизированные устройства могут показывать очень интригующие характеристики в.э., Устройство №4 характеризуется лучшими показателями PER и PCE, что также подтверждается экспериментальными измерениями в [32].В частности, его PER = 39 дБ примерно вдвое превышает параметры PER, показанные всеми другими оптимизированными устройствами, как указано в списке. Кроме того, этот тип архитектуры может быть изготовлен с помощью одноэтапного процесса травления и электронно-лучевой литографии, но в то же время он показывает жесткую устойчивость к возможным ошибкам изготовления зазора ответвителя, как это было продемонстрировано ранее. Однако весь анализ предполагает компромисс между производительностью, размерами устройств, их пропускной способностью и сложностью изготовления.Фактически, в таблице 1 можно заметить, что длина устройства №4 является самой длинной (т.е. мкм, м) среди всех других конфигураций.
В глобальном масштабе оптимизированные устройства PMC могут достигать лучших характеристик преобразования поляризации по сравнению с аналогичными неоптимизированными устройствами, предлагаемыми в литературе. В частности, небольшая общая длина устройства (т. Е.) И очень широкая рабочая полоса пропускания (т. Е.) Подтверждают, что эти устройства PMC являются интригующим решением для интеграции сверхкомпактного поляризационного вращателя и сплиттера в фотонных интегральных схемах, которые занимают мало места.Кроме того, все устройства, рассматриваемые в этой статье, являются КМОП-совместимыми со стандартными средствами микроэлектроники, что делает их очень подходящими для недорогого производства и крупномасштабной интеграции.
4. Заключение
В этой статье мы сначала рассмотрели некоторые из фундаментальных архитектур PMC, разработанных и изготовленных на технологической платформе SOI. В частности, были приняты во внимание несколько конфигураций устройств, предложенных в качестве поляризационного делителя, вращателя и преобразователя размера мод, а также их комбинации в одной интегральной фотонной схеме.Затем для сравнительного анализа были рассмотрены характеристики преобразования поляризации, критерии проектирования, производственные допуски, а также вносимые потери, общая ширина полосы частот и производственные процессы.
В разделе 2 мы представили дизайн и оптимизацию четырех архитектур PMC, описанных в разделе 1. В частности, теоретически исследовалось влияние производственных допусков на производительность устройства. Для этого было выполнено строгое моделирование, основанное на методах расширения собственных мод (EME) и методов конечных разностей (FD).Результаты моделирования показывают очень высокие характеристики преобразования поляризации (например, PER> 20 дБ и PCE> 90%), рабочую полосу пропускания до 100 нм и сверхкомпактную PMC, имеющую длину всего 5 мкм м. Кроме того, полезное сравнение наших результатов с экспериментальными и теоретическими результатами, опубликованными в литературе, подтверждает обоснованность процедур проектирования и оптимизации, реализованных в этой работе, а также возможность улучшения производительности PMC путем дальнейшей оптимизации устройства.Фактически, основные спецификации PMC в основном ориентированы на простые процессы изготовления, невысокие допуски на изготовление и широкую рабочую полосу пропускания для подходящей работы устройства в стандартных диапазонах связи C и L. В последнее время приложения PMC были также распространены на неизведанный и интересный диапазон длин волн среднего инфракрасного диапазона, что подтверждает фундаментальную роль, которую такие устройства играют в интегрированной фотонике [53, 54].
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.
(PDF) Разработка и оптимизация устройств поляризационного расщепления и вращения в технологии кремний-на-изоляторе
 Достижения в оптоэлектронике
[] L.Liu, Y.Ding, K.Yvind, andJ.M. Хвам, «Поляризационное разнесение
цепей
», Optics Express, том , №, стр. – ,.
[] Д. Дай и Дж. Ван, «Обработка поляризации на кристалле для кремниевых нанофотонных интегральных схем
», в Proceedings of the SPIE,
Nanophotonics and Micro / Nano Optics, vol., .
[-] Д. Дай, Дж. Баутерс и Дж. Э. Бауэрс, «Пассивные технологии
для будущих крупномасштабных фотонных интегральных схем на кремнии:
обработка поляризации, невзаимность света и снижение потерь»,
Light, vol., no.e, .
[] MR Watts и HA Haus, «Интегрированные вращатели поляризации
на основе эволюции мод», Optics Letters, том , №, стр. –,
 .
[] К. Баят, С. К. Чаудхури, С.Safavi-Naeini и M. F. Baroughi,
«Дизайн и моделирование поляризационного преобразователя
на основе фотонных кристаллов», Journal of Lightwave Technology, том, №, стр.
-,.
[] Дж. Чжан, М. Ю, Г. Ло и Д. Квонг, «Силиконовый волновод-
на основе эволюционного вращателя поляризации мод», IEEE Journal on
Selected Topics in Quantum Electronics, vol. , №, стр.  –,
.
[] Comsol Multiphysics от COMSOL ©, вер.________________., разовая лицензия,
.
[] JC Wirth, J. Wang, B. Niu et al., «Эффективный вращатель поляризации кремний на изоляторе
, основанный на эволюции мод», CLEO JWA.,
 .
[] J. Zhang, T.-Y. Liow, M. Yu, G.-Q. Ло и Д.-Л. Квонг, «Преобразователь ТЕ мод на основе волновода Silicon
», Optics Express, vol., no.
, стр.  – , .
[] А. В. Веласко, М. Л. Кальво, П. Чебен и др. «Ультракомпактный преобразователь поляризации
с двойной субволновой траншеей, построенный
в волноводе кремний на изоляторе», Optics Letters, vol.________________, нет.
, п. – ,.
[] M. Aamer, AM Gutierrez, A. Brimont et al., «CMOS-совместимый вращатель поляризации
-миллиметровый кремний на изоляторе на основе симметрии
нарушение поперечного сечения волновода», IEEE Photonics Tech-
nology Letters, т., №, стр. –,.
[] Д. Дай и Дж. Э. Бауэрс, «Новая концепция сверхкомпактного поляризационного делителя-вращателя
на основе кремниевых нанопроволок», Optics
Express, vol., №, стр. – , .
[▲-] Х. Чжан, С. Дас, Дж. Чжан и др., «Эффективный и широкополосный вращатель поляризации
с использованием волновода с горизонтальной щелью для кремния
фотоника», Applied Physics Letters, vol. , нет. , стр. -–
-, .
[] Дж. Н. Касперс, М. Алам и М. Моджахеди, «Ультракомпактный интегральный вращатель поляризации эволюции
гибридной плазмонной моды»,
в Proceedings of the Photonics Conference (IPC ’12), стр. – ,
IEEE, .
[________________] Я. Хуанг, С. Чжу, Х. Чжан, Т. Я. Лиоу и Г. К. Ло, «Горизонтальные наноплазмонные щелевые волноводы, совместимые с CMOS
, TE-pass
поляризатор на платформе кремний-на-изоляторе», Оптика Экспресс, т.
, №, стр. – ,-.
[] Д. М. Х. Леунг, Б. М. А. Рахман и К. Т. В. Граттан,
«Численный анализ асимметричного кремниевого нанопровода
как компактного вращателя поляризации», IEEE Photonics Journal, vol.,
№ , стр.  – ,.
[] Д. Вермёлен, С. Сельвараджа, П. Верхейен и др., «Вращатель поляризации изолятора« Кремний-на-
»на основе кремниевого покрытия, нарушающего симметрию
», IEEE Photonics Technology Letters, vol. , нет.
, стр.  – , .
[] Й. Динг, Л. Лю, К. Пешере и Х. Оу, «Допустимый при изготовлении поляризационный делитель и вращатель
на основе конического направленного ответвителя
», Optics Express, т., №, стр. – , .
[] L.Liu, Y.Ding, K.Yvind, andJ.M.Hvam, «Ecientand
компактный преобразователь поляризации TE-TM, построенный на платформе изолятора кремний
с простым изготовлением. процесс », Optics
Letters, vol. , no., pp. – , .
[] Д. Дай и Дж. Э. Бауэрс, «Новый сверхкороткий и сверхширокополосный поляризационный светоделитель
на основе изогнутого направленного ответвителя»,
Optics Express, том , №, pp. – , .
[] Д. Дай, З. Ван и Дж. Э. Бауэрс, «Ультракороткий широкополосный поляризационный светоделитель
на основе асимметричного направленного ответвителя
», Письма по оптике, том. . – , .
[] В. Р. Алмейда, К. Сюй, К. А. Барриос и М. Липсон, «Направляя
и ограничивая свет в пустой наноструктуре», Optics Letters, vol.
, № , стр.  – , .
[-] С. Линь, Дж. Ху и К. Б. Крозье, «Ультракомпактный широкополосный щелевой поляризационный делитель
», Applied Physics Letters, vol.,
нет. , стр. - – -, .
[] Х. Чжан, Ю. Хуанг, С. Дас и др., «Поляризационный разделитель с использованием волновода с горизонтальной щелью
», Optics Express, том, №, стр.
 – , .
[] Дж. Ван, Дж. Сяо и Х. Сан, «Конструкция компактного поляризационного делителя
, состоящего из волновода с несколькими прорезями и кремниевой нанопроволоки
», Journal of Optics, vol. , нет., П. –,.
[] Q. Tan, X. Huang, W.Чжоу и К. Ян, «Ультракомпактный поляризационный светоделитель
на основе плазмонов на волноводах типа кремний-на-изоляторе
», Научные отчеты, т., №, стр. –, -.
[] Дж. Чи, С. Чжу и Дж. К. Ло, «КМОП-совместимый поляризационный сплиттер
с использованием гибридного плазмонного волновода», Optics Express, vol.
, № ‐, стр.  –,.
[] Г.Чен, Л.Чен, У.Динг, Ф.Сун, и Р.Фенг, «Ультракороткий кремний-на-изоляторе (SOI)
вращатель поляризации между прорезью
и полосой волновод на основе нелинейного приподнятого косинуса at-tip
, конус // Оптика Экспресс., нет. , стр.  – , нота.
[] Й. Динг, Х. Оу и К. Пешере, «Широкополосный поляризационный делитель и вращатель
с большим производственным допуском и простым производственным процессом
», Письма по оптике, том. ., pp. – ,
—-.
[] Т. Цао, С. Чен, Й. Фей, Л. Чжан, и Кью Сюй, «Сверхкомпактный
и устойчивый к изготовлению вращатель поляризации на основе изгиба
асимметрично-пластинчатого волновода», Прикладная оптика, т., no., стр.
 – , -.
[] FIMMPROP, Photon Design, одиночная лицензия, .
[] C.Alonso-Ramos, R.Halir, A.Ortega-Monuxetal., «Перестраиваемый волноводный вращатель поляризации с высокой устойчивостью к
», Optics
Letters, vo l. ________________ , нет.  , стр. 
[-] А.Барх, БППал, Р.К. Варшней и Б.М.Арахман,
«Дизайн компактного поляризационного вращателя SOI для приложения среднего ИК диапазона
», в Proceedings of the IEEE Computer and Device for
Коммуникационная конференция (CODEC ’12), стр. – , декабрь
.
[] М. Сисей, Х. Джин и З. Оуян, «Конструкция поляризационного светоделителя
на основе связанных стержней в фотонном кристалле
с квадратной решеткой», Журнал Оптического общества Америки. , т., нет.
, стр. - – ,-.
Какая делительная головка используется для индексации фрезерования
Что такое индексация?
Иногда фрезерные операции требуют чередования заданий с точностью до долей минут для каждой канавки, паза и т. Д., чтобы равномерно резать по рабочей поверхности. Точность расстояния между зубьями очень важна, особенно когда работа носит прецизионный характер, например, зубья шестерни, валы, режущие зубья и т. Д.
Операция поворота заготовки на требуемый угол между двумя последовательными резками называется индексированием. Это достигается с помощью фрезерной насадки, известной как делительная головка, которая является аксессуаром к фрезерному станку. Это помогает разделить рабочую периферию на ряд равных частей, т.е.д., квадрат, шестиугольник, восьмиугольник и т. д.
Делительная головка:
Чтобы повернуть задание на требуемый угол, необходимо:
(i) Устройство для поворота задания и
(ii) A источник, который может гарантировать, что задание было повернуто на желаемый угол.
В делительной головке первое требование выполняется поворотной рукояткой, а второе – индексной пластиной. Индексная пластина имеет ряд отверстий, расположенных концентрически, так что каждый круг имеет ряд отверстий, расположенных на одинаковом расстоянии.
фрезерно-делительная головка
Кривошип соединен с плунжерным пальцем, который может проходить через паз, а кривошип поворачивается в центре диска. Этот кривошип можно вращать вокруг оси, а плунжер можно закрепить в любом желаемом отверстии.
Вращение кривошипа передается на работу через шестерню, так что количество полных оборотов приводит к определенным оборотам работы. Соотношение кривошипа и вала, на котором установлена работа, составляет 40: 1, т.е.е., когда индексная пластина делает 40 оборотов, задание совершает один оборот.
Для быстрой установки плунжера и во избежание подсчета отверстий предусмотрены фиксированные рычаги (секторы), которые можно установить отдельно в любом количестве отверстий.
схема делительной головки
Доступны следующие типы индексных пластин с отверстиями, указанными напротив них.
Коричневый и острый:
Пластина 1:15, 16, 17, 18, 19 и 20.
Пластина 2: 21, 23, 27, 29, 31 и 33.
Таблица 3: 35, 37, 39, 41, 43, 47 и 49.
Паркинсон:
Таблица 1: 24, 25, 28, 30, 34, 37, 38, 39, 41, 42 и 43.
Табличка 2: 46, 47, 49, 51, 53, 54, 57, 58, 59, 62 и 66.
Общие методы индексации:
Существует пять методов индексации.
Они перечислены ниже:
(1) Прямое индексирование,
(2) Простое или простое индексирование,
(3) Составное индексирование,
(4) Дифференциальное индексирование,
(5) Угловая индексация.
1. Прямое индексирование:
В этом случае делительная головка имеет индексную пластину, установленную непосредственно на шпинделе. Не допускается промежуточное использование червяка и червячного колеса. Индексная пластина имеет 24 отверстия, а периферия рабочего места может быть разделена на 2, 3, 4, 6, 8 и 12 равных частей напрямую. Индексирование этого типа чаще всего используется для индексации приспособлений.
2. Простая или простая индексация:
В этом случае используются разные индексные пластины с разным количеством отверстий для увеличения диапазона индексации.Указатель фиксируется штифтом, называемым стопорным штифтом.
3. Составное индексирование:
Принцип работы составного индексирования такой же, как и у простого индексирования, но с той лишь разницей, что составное индексирование использует два разных круга одной пластины и, следовательно, также иногда называется совпадением. и пробный метод.
Принцип составной индексации состоит в том, чтобы получить требуемое деление в два этапа:
(i) Поворачивая рукоятку или рукоятку обычным образом, удерживая индексную пластину фиксированной.
(ii) Освободив задний штифт и затем повернув индексную пластину с помощью ручки.
Например, если должна быть нарезана шестерня с 27 зубьями, то T = 40/27, т.е. вращение, необходимое для одного шага зубьев, составляет 40/27, что может быть записано как 2/3 + 22/27 или 12/18. + 22/27.
Таким образом, для каждого зуба червяк будет вращаться на 12 отверстий по окружности с 18 отверстиями с помощью кривошипа, а затем индексная пластина поворачивается на 22 отверстия по окружности с 27 отверстиями.
4. Дифференциальная индексация:
Доступное количество индексных пластин с разными окружностями отверстий, иногда ограничивает диапазон простой индексации.В таких случаях более подходящим оказывается дифференциальное индексирование. Между делительной пластиной и шпинделем делительной головки установлен дополнительный набор шестерен. Такой стандартный набор шестерен снабжен делительными головками.
Во время индексации дифференциала индексная пластина разблокируется и соединяется с цепью шестерен, которые получают свое движение от шпинделя червячной передачи. При повороте ручки индексная пластина также поворачивается, но с другой скоростью и, возможно, в противоположном направлении.Дифференциальная индексация позволяет вращать изделие на любую долю оборота с помощью обычных индексных пластин, поставляемых с оборудованием.
Сачин Торат
Сачин получил степень бакалавра технических наук в области машиностроения в известном инженерном колледже. В настоящее время он работает дизайнером в индустрии листового металла. Кроме того, он интересовался дизайном продуктов, анимацией и дизайном проектов. Он также любит писать статьи, относящиеся к области машиностроения, и пытается мотивировать других студентов-механиков своими инновационными проектными идеями, дизайном, моделями и видео.
Последние сообщения
ссылка на Гидравлические уплотнения – Определение, Типы, Схема, Функция, Отказ, Применение Ссылка на Слоттер – Типы, Детали, Операции, Диаграмма, Спецификация
делительная головка – Деление круга
Вернуться на главную
Вернуться на страницу выше
Перейти к разделу «Делительная головка – введение»
перейти к разделу «Делительная головка – удержание заготовки»
Разделительные головы – Разделение круга
Как и следовало ожидать из названия, делительная головка предназначена для деления.Разделение – это не движение под определенным углом, а скорее разделение всего круга на определенное количество частей. Наиболее очевидное использование этого – при нарезании зубчатых колес. Окружность должна быть разделена на количество зубьев на зубчатом колесе, которое нужно разрезать. (Конечно, на самом деле зубья не режутся – вырезается пространство между ними.) Обрезается один зуб, затем заготовка поворачивается на нужную величину, затем нарезается следующий зуб и так далее, пока зубы были вырезаны.
В то время как поворотный стол всегда калибруется в градусах по краю, делительная головка никогда не калибруется.
A – Простая индексация
Большинство делительных головок имеют встроенное делительное кольцо. Он закреплен на шпинделе. Вокруг него расположены отверстия и штифт для фиксации шпинделя в любом из этих отверстий. Эта форма индексации не требует использования червяка и червячного колеса. Их можно отключить. Заготовка может свободно вращаться, за исключением случаев, когда установочный штифт блокируется с индексирующей пластиной. Конечно, единственные числа, на которые можно разделить, – это числа, которые делятся на количество отверстий на индексной пластине.Но во многих случаях это полезно.
Преимущество этого в том, что это намного быстрее, чем вращать шпиндель с помощью червяка и червячного колеса. Также возможно задействовать червяк и червячное колесо и повернуть его с помощью ручки, а затем заблокировать шпиндель с помощью делительной пластины.
Когда шпиндель блокируется с помощью штифта и делительной пластины, шпиндель не нужно зажимать.
628 индексация делительной головки
Отверстия для индексации – это те отверстия, которые можно увидеть на этой стороне червячного колеса.Индексирующий штифт – это черная ручка в верхней части делительной головки.
B – Использование разделительных пластин
Чаще всего делительная головка используется с разделительными пластинами. Разделительная пластина покрыта концентрическими кольцами отверстий.
568 ручка на большой делительной головке
Разделительные пластины могут иметь кольца с отверстиями только с одной стороны. В этом случае отверстия просверливаются насквозь. В качестве альтернативы они могут иметь кольца с отверстиями с обеих сторон.В этой банке отверстия просверливаются меньше, чем на полпути. Одновременно можно использовать только кольца с отверстиями на одной стороне. Если необходимо одно из колец с другой стороны, разделительную пластину необходимо снять, повернуть и снова прикрутить.
На небольшой разделительной головке может быть две или три разделительные пластины. Вместе они покрывают кольца отверстий примерно до 50 отверстий. Числа, выбранные в кольцах отверстий, будут расположены так, что возможно деление на любое число до 50.Конечно, можно делить на числа, превышающие пятьдесят, но не на числа, множители которых включают одно или несколько простых чисел, больше, чем кольцо с наибольшим числом простых отверстий. Например, на небольшой разделительной головке это может быть 51. Это наибольшее количество отверстий, которое может быть помещено в один круг на пластине, учитывая его размер.
Разделительная пластина устанавливается на корпус делительной головки и концентрична с кривошипной рукояткой. На более сложных головках эта пластина может вращаться, но на простых делительных головках она закреплена.
На простой кривошипной рукоятке есть только одна рукоятка с выдвижным штифтом. Эту ручку можно перемещать, чтобы штифт мог войти в отверстия в любом из колец отверстий. На более сложных и, следовательно, больших делительных головках есть две ручки. Один содержит булавку и может перемещаться, как и раньше. Другой фиксированный и не содержит штифта. Он расположен как можно дальше, поэтому его легче использовать для вращения червяка, вращающего шпиндель.
Другая особенность, связанная с этим, – это секторные рычаги.Эти рычаги можно отрегулировать, чтобы охватить любое количество отверстий в любом кольце отверстий. Это можно настроить таким образом, чтобы пространство между двумя рычагами проходило от одного отверстия через любое количество промежутков между отверстиями, заканчиваясь другим отверстием. Между одной рукой и другой будет n + 1 дырка, но только n пробелов. Нас действительно интересует только количество промежутков между ветвями сектора. На практике рычаги используются так, чтобы ручку можно было перемещать через такое большое количество промежутков между отверстиями в одном кольце отверстий.
Количество отверстий на разделительной пластине зависит от производителя пластины. Например, делительная головка Брауна и Шарпа использует набор из трех разделительных пластин. Эти пластины содержат кольца со следующим количеством отверстий:
Табличка 1 15, 16, 17, 18, 19, 20
Табличка 2 21, 23, 27, 29, 31, 33
Табличка 3 37, 39, 41, 43, 47, 49.
В делительных головках
Cincinnati используется одна разделительная пластина с кольцами отверстий с обеих сторон.Это:
Первая сторона 24, 25, 28, 30, 34, 37, 38, 39, 41, 42, 43
Вторая сторона 46, 47, 49, 51, 53, 54, 57, 58, 59, 62, 66
Следует помнить, что один поворот рукоятки поворачивает червяк на 1/40 окружности. Таким образом, для прохождения полного круга требуется 40 витков. Используя всего лишь полные обороты ручки, мы можем разделить любой перестановкой множителей 40, например, 2, 4, 5, 8, 10, 20.
Многие любители используют самодельную делительную головку с передаточным числом 90.В этом случае множители становятся 2, 3, 3, 5
В простейшем случае разделительная пластина фиксируется в нужном положении.
Если мы сможем повернуть ручку на долю оборота, то выбор будет намного больше. Предположим, мы выбираем кольцо из 15 отверстий. В нем также будет 15 мест. Чтобы повернуть шпиндель по всему кругу, необходимо, чтобы ручка прошла количество пробелов в текущем выбранном круге, скажем, 15 раз по 40 оборотов. То есть 600 лунок.
С помощью этого кольца отверстий мы можем разделить вращение шпинделя на любое количество равных частей, число которых равно 600.
Предположим, мы хотим разделить круг на 30. В этом случае количество пробелов будет 600/30, что составляет 20. Поскольку это больше 15, это означает, что каждый шаг будет одним полным ходом, то есть 15 пробелов плюс еще 5, чтобы всего было 20 мест. Плечи сектора будут установлены так, чтобы покрывать 5 промежутков между отверстиями. Между рычагами сектора будет 5 промежутков, но он будет начинаться с отверстия и заканчиваться отверстием, поэтому в 5 промежутках будут рычаги, охватывающие 6 отверстий.
Как мы только что видели, для деления на любое число меньше 40 потребуется один или несколько полных оборотов ручки плюс определенное количество пробелов. Для деления на 40 потребуется полный оборот ручки. При делении на любое число больше 40 потребуется менее одного поворота ручки, то есть столько пробелов.
Если мы посмотрим на количество отверстий в кольцах на разделительной пластине Брауна и Шарпа выше, мы увидим, что кольца отверстий дают нам следующие коэффициенты:
Факторы отверстий
В
кольцо
15 3 5
16 2 2 2 2
17 17
18 2 3 3
19 19
21 3 7
23 23
27 3 3 3
29 29
31 31
33 3 11
37 37
39 3 13
41 41
43 43
47 47
49 7 7
Видно, что с помощью этой разделительной пластины мы можем делить на любое число до 49.Чего мы часто не можем сделать, так это разделить круг, в котором 40-кратное количество пробелов в круге не содержит факторов, необходимых для деления, которое мы хотим сделать. Например, мы не можем разделить круг на 51, у которого множители 3 и 17, потому что мы не можем получить кольцо одновременно с 3 и 17, и эти числа не делятся на 40. Точно так же мы не можем разделить на 81, потому что оно имеет 4 тройки как множители, и мы можем получить кольцо только с 3 тройками. Помимо такого рода задач, мы можем разделить на большинство чисел до 49 x 40, почти 2000.
Помните, что в любое время у нас также есть множители, которые делятся на 40, то есть 5, 2, 2 и 2.
Деление на градусы
Читатель мог заметить, что делительные головы редко используют градусы. Но при необходимости это можно сделать. Поскольку в круге 360º, один градус – это просто целый круг, разделенный на 360.
Для этого необходимо, чтобы количество промежутков на разделительной пластине, умноженное на количество оборотов на 360 °, т. Е. 40, делилось на 360.
Найдите множители 360. Это 5, 3, 3, 2, 2, 2. Все эти множители должны быть в произведении (умножении) 40 и количества пробелов в кольце.
Найдите множители 40: 5, 2, 2, 2.
Разница в множителях 360 и 400 составляет 3 и 3.
Наименьшее кольцо отверстий, которое включает 3 и 3 в качестве множителей, равно 18.
Использование этого кольца дает 40 x 18 как количество пробелов во всем круге, то есть 720.
Разделите это на 360. Результат: 2.
Это означает, что один градус эквивалентен трем промежуткам на кольце с 18 отверстиями.
Для n градусов количество отверстий n x 3.
Один пробел эквивалентен 20 минутам одного градуса.
Выбор кольца
С маленькой делительной головкой только с одной ручкой, если имеется более одного кольца, содержащего требуемые факторы, лучше всего выбрать кольцо большего размера. Ручку повернуть легче.
В приведенном выше примере кольцо 18 было выбрано из-за наличия необходимых факторов. Но кольцо 27 также имеет необходимые факторы и, следовательно, его будет проще использовать.
С делительной головкой с двумя ручками особой разницы нет.
Индексирование дифференциала
Более сложный тип делительной головки, которую иногда называют универсальной, имеет дополнительный вход сзади. Этот вход можно использовать для вращения разделительной пластины.Разделительная пластина находится на валу, на котором находится вал с червяком. Этот червяк вращает червячное колесо и т. Д.
Обычно разделительная пластина заблокирована. Червяк вращается ручкой и фиксируется на разделительной пластине с помощью штифта.
При индексировании дифференциала делительная пластина не заблокирована. Если вспомогательный вал вращается, он вращается. При дифференциальном индексировании главный вал делительной головки через зубчатую передачу соединен с вспомогательным входом.
263 дифференциальный индекс
Если повернуть ручку из одного отверстия на разделительной пластине в другое, заготовка повернется. Но это происходит на вспомогательном входе, который, в свою очередь, вращает разделительную пластину.
Это позволяет нам делить на числа, которые мы не могли сделать, используя только разделительные пластины. В этом методе индексации мы не можем вращать заготовку с ходового винта – мы не можем выполнять спиральное фрезерование, но тогда мы используем эту установку не для этого.Также нельзя наклонять делительную головку под углом.
Достоинство этого в том, что с его помощью легко разделить круг на неприятные числа. Предположим, мы хотим сделать шестерню со 127 зубьями. Число 127 представляет большой интерес, потому что это множитель, который преобразует имперскую систему в метрическую, но это также может быть простое число.
Метод состоит в том, чтобы создать шестерню с числом зубцов, близким к требуемому.
Это номер, с которым легко работать.В случае необходимости 127 зубьев хорошим числом будет 120. Чем ближе это число к требуемому, тем меньше передаточное число, необходимое для его корректировки.
Поскольку коэффициент, заложенный в делительной головке, равен 40, это означает, что для каждого зуба потребуется только треть оборота ручки. Следовательно, мы должны использовать кольцо на разделительной пластине, которое содержит коэффициент 3. Если мы используем кольцо с 27 отверстиями, то на каждом зубе будет 9 промежутков.
Такое расположение называется дифференциальным, потому что соотношение определяется разницей, т.е.е., два числа добавлены или вычтены. Легко видеть, что этот метод – очень эффективный способ работы с отношениями с трудноразрешимыми факторами.
Формула для дифференциальной индексации
D соотношение между рукояткой и шпинделем
A удобный номер рядом с требуемым номером
N необходимое количество
R необходимое передаточное число
R = (A – N) x D / A
в приведенном выше примере
R = (120 – 127) x 40/120
R = – 7 x 40/1 20
R = – 7/3
Если верхний и нижний умножить на 8, получится передаточное число 56/24, которые являются шестернями стандартного набора шестерен Брауна и Шарпа.
Если выбрано слишком большое число, соотношение будет отрицательным. Если оно слишком мало, соотношение будет положительным. Это означает, что разделительная пластина должна будет повернуться в одну сторону, а не в другую. Это можно изменить, добавив промежуточную шестерню в зубчатую передачу, чтобы изменить направление вращения.
см. Руководство по машинному оборудованию, 17-е изд., Стр.1308
см. MEW 153 p26
Составная индексация
Здесь для полноты будет упомянуто составное индексирование.Это можно использовать для деления на нечетные числа. Хитрость здесь заключается в том, чтобы повернуть главный вал на определенное количество отверстий на одном кольце отверстий на разделительной пластине и добавить или вычесть из этого другое количество отверстий из другого кольца. Необходимо, чтобы оба используемых кольца находились на одной пластине. В «Практическом трактате о фрезеровании и фрезерном станке», опубликованном Брауном и Шарпом в 1927 году, это упоминается как имеющее «небольшую практическую точность».
Нравится:
Нравится Загрузка…
Оборудование LSDA – Устройство вращения корпуса (BRD)
АППАРАТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Устройство вращения корпуса (BRD)
Тестовое оборудование, нейро-вестибулярное
Устройство вращения тела (BRD), компонент системы визуального и вестибулярного исследования (VVIS), представляет собой кресло, установленное на руке, которая вращается вокруг вала таким образом, что траектория головы человека, сидящего вертикально, представляет собой круг радиусом 50 см. .Когда объект поворачивается в положении лежа на спине (лежа на спине или LOB), голова поворачивается по кругу радиусом 62 см. В вертикальном положении кресло можно настроить таким образом, чтобы объект находился в ориентации «левое ухо – наружу» (LEO) или «правое ухо – наружу» (REO) относительно центра круга.
Внеосевое вращение создает устойчивый уровень линейного ускорения (0,5 g или 1 g, в зависимости от скорости вращения) вестибулярных органов субъекта. Для кресел с ориентацией «левое ухо наружу» (LEO) и правое ухо наружу (REO) скорости вращения составляют 254 ° / с и 180 ° / с для 1.0-г и 0,5-г соответственно. В положении лежа на спине (LOB) скорость составляет 223 ° / с для 1,0-g и 158 ° / с для 0,5-g. Объекты поворачиваются либо по часовой стрелке (CW), либо против часовой стрелки (CCW), если смотреть сверху на стул. Когда кресло находится на НОО, вращение по часовой стрелке приводит к тому, что объект вращается «лицом вперед» (вращение «лицом вперед»), а вращение против часовой стрелки приводит к вращению объекта «спиной» к движению (вращение «спиной вперед»). Обратное верно для ориентации REO. Вращение в LOB ведется по часовой стрелке.Ориентация кресла может быть изменена между LEO, REO и LOB одним оператором.
Основными функциями BRD являются: (1) вращение объекта, (2) удерживание головы объекта, чтобы поддерживать вестибулярные органы и глаза в желаемом положении, (3) удерживание тела объекта, чтобы избежать чрезмерное усилие на шею субъекта и удерживание конечностей субъекта в пределах диапазона вращения, и (4) позволяют изменять ориентацию субъекта без вмешательства субъекта.BRD включает в себя аудиоподсистему, которая изолирует субъекта от шумовых ориентиров, исходящих из среды Spacelab, обеспечивает средства связи между оператором и субъектом и позволяет записывать отчеты о восприятии объекта.
При выполнении миссии Spacelab BRD располагается в центральном проходе в кормовой части Spacelab. Его размеры 161 x 62 x 150 см (63,4 x 24,4 x 59,1 дюйма) в большом положении и вес 160,6 кг (353,3 фунта). Различные компоненты BRD подробно описаны ниже.
BRD: опорная плита и неподвижная опорная конструкция
Опорная плита поддерживает вращающуюся платформу и установленную электронику через корпус узла вала. Распределяет нагрузки на точки крепления пола. Опорная плита представляет собой обработанную раму (алюминиевый сплав), состоящую из одной центральной секции и двух боковых секций. Центральная секция состоит из нижней пластины, круглой стенки ребра жесткости и верхнего фланца, используемого для прикрепления неподвижной опорной конструкции к опорной плите.Каждая боковая секция имеет нижнюю пластину, верхнюю пластину, стенки и продольную перемычку жесткости. Опорная плита крепится к полу Spacelab с помощью одного болта в 8 футов на каждом.
BRD: вал и вращающаяся платформа
Узел вала из алюминиевого сплава передает вращательное движение на вращающуюся платформу. Он включает двигатель, контактные кольца, тормоз, блоки энкодера и опору ремня безопасности. Вал закреплен в ступице вращающейся платформы. Вращающаяся платформа установлена на корпусе узла вала с помощью двух комплектов шариковых подшипников.Платформа поддерживает подсистему записи движения глаз (EMRS), два видеомагнитофона (VTR), заднюю опору LOB, блок вращающейся электроники BRD (E-Box), E-Box подсистемы стимуляции глаз (ESS) и корпус Удерживающая система. Имеются два стопорных штифта платформы (стопорные штифты BRD), которые можно вставить, чтобы предотвратить вращение платформы. Два дополнительных штифта (штифты LEO / REO) препятствуют вращению Body Restraint System (поворот сиденья из положения LEO в положение REO). Когда она не используется, вращающаяся платформа выравнивается по центральной линии Spacelab и фиксируется стопорными штифтами.
BRD: Система подголовников (HRS)
HRS требуется для поддержания точности измерения движений глаз и постоянного положения вестибулярных органов во время экспериментов. Система регулируется, чтобы приспособиться к различным объектам и жидкостным сдвигам, связанным с невесомостью. HRS состоит из специальной маски (оболочки), разделенной на переднюю и заднюю части. Оболочка спинки крепится к спинке сиденья и фиксируется невыпадающим винтом.Передняя оболочка соединена с передней частью опорной конструкции подсистемы стимуляции глаза (ESS), которая расположена на скользящем механизме. Субъект отпускает слайд вручную, потянув за штангу (выходную планку). Это позволяет перемещать всю конструкцию (головное устройство) на 10 см внутрь или наружу. Тонкий слайд, управляемый субъектом с помощью ручки, позволяет сделать последний подход после того, как головное устройство закрыто. Точная настройка составляет & ± 2,5 см относительно номинального нуля. Минимальное расстояние около 5 см перед ртом пациента.Правильное закрытие конструкции головного устройства контролируется двумя микровыключателями, которые установлены на стуле Body Restraint System по обе стороны от головы испытуемого. Вращение отключено, пока не будут задействованы оба микровыключателя.
HRS изготовлен из углеродного волокна с метилметакрилатной смолой и силиконовой амортизацией. У каждого члена экипажа полезной нагрузки есть свой набор снарядов (передний и задний). Они складываются, когда они не используются, и устанавливаются на BRD, когда кресло подготавливается для этого человека как объекта.Размер каждой передней панели составляет 26,6 x 23 x 12 см (10,5 x 9,1 x 4,7 дюйма). Размер каждой задней части составляет 21 x 16 x 15 см (8,3 x 6,3 x 5,9 дюйма). Каждый комплект снарядов весит 1,3 кг (2,9 фунта).
BRD: Body Restraint System (BRS)
Body Restraint System (кресло с ограничителями) предназначена для предотвращения чрезмерного воздействия на шею объекта и удержания его конечностей в пределах зоны вращения. Высота сиденья стула, высота и ширина плечевого упора, ширина опоры для бедер, высота опоры для ног и поясничная опора полностью регулируются, чтобы соответствовать разным размерам объектов.Подопытный крепится к креслу с помощью 5-точечной удерживающей системы (ремня безопасности). Этот ремешок Nomex состоит из основного ремня, охватывающего бедра, двух боковых ремней, которые прикрепляются к прорезям на подлокотниках с обеих сторон кресла под ручками, и третьего тонкого ремня, перпендикулярного основному ремню, который охватывает лодыжки пациента. Основная и боковые лямки застегиваются на пряжки и регулируются по длине. Ремешок на щиколотке закреплен на липучке Velcro ™, его длина не регулируется.Коленная подушка (покрытая Nomex поролоном) помещается между коленями пациента, чтобы повысить комфорт и обеспечить более надежную фиксацию ремня на коленях / лодыжке. Ноги испытуемого крепятся к подножке с помощью ремней Velcro ™, проходящих через нее. Ремешок на коленях / щиколотках и держатели для ног предназначены для быстрого выхода объекта в случае возникновения чрезвычайной ситуации.
Кресло устанавливается на вращающейся платформе с помощью интерфейсного механизма, который обеспечивает три требуемые ориентации кресла (LEO, REO и LOB).Вращение кресла между положениями LEO и REO осуществляется путем освобождения двух штифтов LEO / REO. Эти штифты расположены под сиденьем по обе стороны от стула. Тяга BRD, используемая для фиксации кресла при вращении в вертикальном положении, также должна быть снята при изменении положения кресла (при переключении между LEO и REO она повторно закрепляется и убирается на опорную плиту, когда кресло помещается в положение LOB). Наклон кресла назад в положение LOB активируется путем освобождения двух штифтов LOB.Эти штифты расположены на вращающейся платформе под сиденьем стула. Для фиксации кресла в большом положении используются две шпильки спинки. Кронштейны для этих штифтов расположены на вращающейся платформе возле BRD Rotating E-Box. Эти же штифты используются для закрепления тяги BRD, когда кресло находится в вертикальном положении. Состояние выводов LEO / REO и LOB контролируется с помощью микропереключателей, которые предотвращают вращение кресла, если они не включены должным образом. Микровыключатели на спинке кресла должны быть задействованы скобами штифтов спинки, чтобы обеспечить вращение в LOB.
Кресло также имеет две ручки с поручнями. На каждой рукоятке есть переключатель. На левой рукоятке есть кнопка, которую испытуемый может использовать, чтобы остановить вращение. На правой рукоятке есть тумблер, который используется для калибровки.
BRD: отказоустойчивый тормоз
Отказоустойчивый тормоз останавливает BRD менее чем за 8 секунд в аварийных условиях и автоматически срабатывает при отключении питания. Отказоустойчивый тормоз не используется для номинальной остановки вращения. Тормоз представляет собой внешний колодочный тормоз с жестким подходом.Пружина сжатия соединяет два рычага тормоза и прижимает их к валу. Когда электромагнит включен, он тянет треугольный рычаг, который открывает тормозные рычаги, позволяя валу свободно вращаться. Отказоустойчивый тормоз также можно отключить вручную, чтобы платформа могла вращаться во время настройки эксперимента. Для управления тормозом используются три микровыключателя. Один предоставляет служебные данные о состоянии тормозов. Два других препятствуют включению двигателя во время работы с платформой (когда аварийный тормоз отключен вручную).В случае неисправности микровыключателя можно установить байпасный адаптер для обеспечения вращения.
BRD: Контур источника питания и управления двигателем
Этот узел основан на двухфазном бесщеточном двигателе, который управляется и питается от сервопривода двигателя (MSU). MSU обеспечивает двухфазный переменный ток для привода бесщеточного двигателя. Контур управления крутящим моментом, расположенный в MSU, сводит к минимуму пульсации крутящего момента. Переменный источник питания состоит из двух H-мостов, в которых используются силовые полупроводники.Управление силовыми транзисторами осуществляется через импульсные трансформаторы для обеспечения гальванической развязки между основным источником питания и вспомогательными источниками (12 В и 5 В) схемы управления H-мостом.
Командная схема H-Bridge позволяет управлять крутящим моментом двигателя, одновременно минимизируя пульсации крутящего момента. Этот блок также выполняет некоторые функции безопасности. Когда возникает конкретная проблема, защита фиксируется, и для возврата в нормальное состояние требуется аппаратный сброс.Основными функциями безопасности, реализованными в MSU, являются обнаружение перегрева электроники, перегрева двигателя, отказа вспомогательного источника питания и перегрузки по току (короткого замыкания). В каждом случае команда H-Bridge отключена, т.е. все силовые транзисторы открыты.
Блок рассеивания мощности используется для рекуперации электроэнергии при замедлении двигателя. Это позволяет избежать возможных нагрузок на электронику оборудования, монтируемого в стойку (BRD-RME).
Регулировка скорости вращения осуществляется по замкнутой системе.Выходной параметр (скорость) измеряется, возвращается и сравнивается с желаемой входной функцией. Любая разница между двумя значениями является отклонением от желаемого результата и усиливается и используется для исправления ошибки. Эта система практически нечувствительна к изменениям условий нагрузки и других параметров системы.
Контур управления скоростью двигателя состоит из микроконтроллера (расположенный в BRD-RME), контура управления крутящим моментом (MSU, который позволяет управлять крутящим моментом синхронного двигателя с постоянными магнитами с помощью резольвера) и контура управления скоростью (абсолютный вал оптический энкодер).
BRD: оборудование для монтажа в стойку (BRD-RME)
BRD-RME принимает макрокоманды и отправляет статус эксперимента в подсистему управления экспериментом (ECS), одновременно управляя BRD и всеми его функциями. Он взаимодействует со следующими элементами: блоком питания Spacelab Experiment Power Switching Panel (EPSP) (основная мощность затем преобразуется и распределяется между двигателем, MSU, энкодером и тормозом), ECS (для настройки, управления и мониторинга для целей), сервопривод двигателя (MSU) (для управления двигателем), абсолютный энкодер (обеспечивает фактическое положение, которое используется для вычисления фактической скорости вращения), отказоустойчивый тормоз, блок вращающейся электроники BRD, подсистему регистрации движения глаз (EMRS) электроника и блок питания BRD (управляет мощностью, распределяемой на вращающуюся часть).BRD-RME включает в себя силовую цепь ВКЛ / ВЫКЛ для двигателя и тормоза, модульные преобразователи постоянного / постоянного тока для двигателя и тормоза, а также интерфейс и логические схемы для контура управления скоростью и управления данными. BRD-RME требует электрического питания 28 В постоянного тока, весит 21,171 кг (46,6 фунта) и охлаждается через воздушный контур авионики Spacelab.
BRD: Блок питания
Блок питания BRD состоит из автоматического выключателя, двух ручных переключателей и реле, управляемого BRD-RME.Блок питания используется для распределения электроэнергии 28 В постоянного тока, подаваемой шаттлом.
Ручные переключатели:
ВКЛ / ВЫКЛ – этот переключатель включает / запрещает распределение мощности. Он также служит выключателем.
LOCAL / REMOTE – Если установлено значение LOCAL, питание распределяется напрямую, независимо от команд от BRD-RME. Если установлено значение REMOTE, распределение мощности управляется BRD-RME с помощью команды реле.
Питание (через контактное кольцо) передается на блок вращающейся электроники BRD, который, в свою очередь, передает его на другое оборудование (ESS, EMRS и видеомагнитофоны).
BRD: Вращающийся электронный блок (E-Box)
Вращающийся электронный блок BRD расположен на верхней части вращающейся платформы. Блок распределяет питание на подсистему стимуляции глаз (ESS) и подсистему записи движения глаз (EMRS), передает аудиосигнал в EMRS, получает питание EMRS и информацию о состоянии подключения, получает информацию о состоянии от микропереключателей и принимает аудиосигналы от предметная гарнитура, беспроводная система связи для экипажа (WCCS) и магнитофон.
Два светодиода, отображающие состояние микропереключателя, расположены на поворотном электронном блоке BRD. Светодиод «Головное устройство разблокировано» горит красным, если микровыключатели, контролирующие замыкание головного устройства, не задействованы. Светодиод «BRS Unlocked» горит красным, если кресло стоит в вертикальном положении, а штифты LEO / REO и LOB не заблокированы, или если кресло находится в положении LOB и микровыключатели спинки не задействованы. Вращение отключено, если горит любой из этих светодиодов. В случае отказа микровыключателя можно установить байпасный адаптер для обеспечения вращения.
Вращающийся электронный блок BRD содержит три предохранителя. F1 – предохранитель 125 В, 5 А, который обслуживает источник питания EMRS. F2 – предохранитель 125 В 15 А, который обслуживает источник питания ESS. F3 – это предохранитель на 250 В, 2 А, который соответствует акселерометрам и внутренней электронике BRD.
BRD: Акселерометр
Сервоакселерометр закреплен на вращающейся платформе рядом с вращающимся электронным блоком BRD и используется для измерения радиального ускорения платформы. Затем данные об ускорении поступают на электронный блок BRD Rotating E-Box, который обнаруживает любое превышение скорости.
Версии этого оборудования
+ Конфигурация Neurolab
6 основных советов по правильному профилактическому обслуживанию вращающегося оборудования – Houston Dynamic Services
Лучший способ поддерживать работоспособность вращающегося оборудования, чтобы минимизировать количество ремонтов и простоев, – это иметь программу профилактического обслуживания, которая обеспечивает регулярное обслуживание задачи выполняются регулярно по расписанию.Выполняя заранее определенное обслуживание через определенные промежутки времени, вы можете выявить потенциальные проблемы на раннем этапе, прежде чем они станут серьезными, и увеличить время между ремонтами или отказами.
При создании программы профилактического обслуживания необходимо сосредоточить внимание на некоторых ключевых моментах:
Безопасность превыше всего – При работе с движущимся оборудованием безопасность всегда является проблемой. Убедитесь, что все сотрудники ознакомлены с безопасными методами и процедурами работы и что все работают в безопасных контролируемых условиях.
Составьте график и придерживайтесь его – Профилактическое обслуживание – это не то, что вы делаете каждый раз, когда вам хочется его выполнить. Чтобы программа профилактического обслуживания была действительно эффективной, ее необходимо тщательно спланировать и запланировать. Например, ваша программа может состоять из ежемесячных проверок калибровки, еженедельной смазки и даже ежедневной уборки.
Не ждите отказа – Помните, поломки оборудования стоят вам времени и денег.Смысл профилактического обслуживания заключается в том, чтобы действовать на опережение и выявлять проблемы на ранней стадии, а не ждать отказа.
Разделите обязанности – Разделение задач профилактического обслуживания и ответственности между вашей командой позволяет привлечь к процессу больше людей, что позволяет вам быстрее реагировать на проблемы и иметь больше шансов на раннее обнаружение проблем. Речь идет о максимально эффективной работе.
Записывайте все – Хорошее ведение документации – один из ключей к хорошему профилактическому обслуживанию.Всегда записывайте состояние оборудования, над которым ведется работа, и делайте заметки с подробным описанием выполненных работ по техническому обслуживанию и датой.
Теперь, когда вы лучше понимаете руководящие принципы программы профилактического обслуживания, пора поговорить о деталях. Что должна включать ваша программа профилактического обслуживания вращающегося оборудования? Как вы можете быть уверены, что правильно ухаживаете за своими насосами, турбинами, компрессорами, вентиляторами, воздуходувками, редукторами и центрифугами?

Вот еще 6 важных советов по обслуживанию вращающегося оборудования.

Очистка – ключ к правильному осмотру. – Регулярная очистка вращающегося оборудования важна для надлежащего профилактического обслуживания. Очистка вращающегося оборудования не только помогает снизить уровень вибрации и улучшить общую производительность, но также необходима для тщательных и точных проверок. Проще говоря, очистка оборудования позволяет увидеть любые дефекты или проблемы, которые необходимо устранить.
Обеспечьте правильное выравнивание —Одним из важных аспектов бесперебойной работы вращающегося оборудования является правильное выравнивание.Правильно выровненное вращающееся оборудование имеет пониженный уровень вибрации, меньший износ, меньшие риски усталости вала и внезапного отказа, увеличенный срок службы компонентов и пониженное энергопотребление. Правильные инструменты и обучение необходимы для правильной центровки вращающегося оборудования, поэтому не экономьте на этой части.
Слушайте необычные звуки —При осмотре вращающегося оборудования, такого как насос, ваши уши являются отличным инструментом для выявления любых потенциальных проблем. Слушайте, как работает оборудование, и обращайте внимание на любые необычные звуки.Странные звуки часто являются предупреждающими признаками того, что оборудование не работает должным образом, и важно попытаться разобраться в корне проблемы.
Почувствуйте необычную вибрацию – Высокий уровень вибрации вращающегося оборудования может сократить срок службы компонентов муфт, уплотнений, подшипников и других важных компонентов. По некоторым оценкам, снижение уровня вибрации оборудования всего на 10% может увеличить срок службы подшипников почти на 40%! Одним из способов снижения уровня вибрации является балансировка вращающегося оборудования либо с помощью системы ручной балансировки (требуется остановка оборудования), либо с помощью технологии активной балансировки (можно исправить, пока оборудование все еще работает).
Держите все вращающееся оборудование смазанным. —Если он движется, значит, ему нужна смазка. Смазочное масло абсолютно необходимо для здоровья вашего вращающегося оборудования. Состояние смазочного масла / консистентной смазки следует регулярно проверять, и при необходимости следует выполнять повторную смазку до надлежащего уровня. Правильное обслуживание смазки может иметь большое значение для предотвращения ремонта подшипников.
Проверьте все болты. – Поскольку вращающееся оборудование работает с течением времени, возможно ослабление болтов, что приведет к чрезмерной вибрации и другим осложнениям.При проверке вращающегося оборудования всегда проверяйте правильность затяжки всех болтов.
Применяя эти процедуры, вы можете продлить срок службы вашего оборудования, улучшить его общую производительность и свести к минимуму дорогостоящий ремонт и время простоя. Помните, что профилактическое обслуживание требует постоянной приверженности, чтобы быть по-настоящему эффективным.
Однако, если вы оказались в ситуации, когда, несмотря на ваши усилия по профилактическому техническому обслуживанию, вращающееся оборудование нуждается в ремонте или полной перестройке, позвоните в Houston Dynamic Service, чтобы получить опыт, которому вы можете доверять, высочайшее качество обслуживания и быстрые ремонтные работы.
.