Roll-to-Roll磁控溅射镀膜系统设计论文

Roll-to-Roll磁控溅射系统设计

如图5-2溅射冷却主轴有限元模型图

（3）施加载荷

约束安装轴承处的两个柱面，并施加位移约束，在键槽的一面施加相应的推力载荷，在长度为300mm的圆柱上表面施加均匀分布的径向载荷。

（4）求解和后处理

选择Solution-Solve-Current Ls命令，开始求解。求解完成后，选择Nodal Solu 命令打开对话框，选择当中的Stress和Von Mises项，得到等效应力图。如图4-3，4-4图中用颜色的冷暖来表示应力的大小，也能直观地看出变形，根据底下的彩色条也能确定应力的大小，单位为牛顿。不过分析出来的应力图为了更明显的显示变形情况而将变形明显夸大了，实际的变形是很细小的。

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图5-3 冷却主轴应力图

图5-4 冷却主轴应力变形图

另外我们也可以得到该轴的位移图，如图4-5。

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图5-5 冷却主轴位移图

(5)结果分析

从4-3、4-4两幅图中，我们可以看到，该轴所受应力最大处为安装轴承处与动力传动端之间的台阶处，其次为安装V带轮的台阶处。而安装冷却辊处所受应力很小，或者基本不受应力。因而我们可以确保冷却辊对基体材料能够起到稳定的冷却作用，从而我们能够得到均匀的薄膜。从图4-5 中我们可以看到该轴位移量最大处为连接V带轮端，该段位移真空室外，主要是传递动力作用。而对我们镀膜质量很重要端，即安装冷却辊处，位移很小，可以认为为零。当我们需要度灵敏度很高的薄膜时，要求薄膜要均匀，性能要稳定。由应力图和位移图我们可以知道，冷却辊非常稳定，即有很好的冷却效果，摆动基本不存在，所以可以认为可以确保得到均匀稳定的镀膜材料。而对于所受应力比较大的台阶处，我们可以采取圆锥面来替代台阶，从而加强该轴的强度。而对于连接V带轮处位移变形较大的缺陷，我们将在设计时，在端部设计一个支架，一方面可以把冷却水引路冷却辊，另一方面起到一定程度限制该段位移变形的作用。

综上所述，我们可以知道，冷却主轴的设计能够符合我们的设计要求。由于放卷辊和收卷辊与冷却轴具有相似的结构，但他们所受载荷比较少，我们可以认为放卷辊和收卷辊也能符合要求，所以此处就不在对放卷辊和收卷辊做ANSYS分析。

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5.3 真空室的气流速度和压强的FLUENT分析

该设计中我将进气口开在不同位置,然后进行FLUENT分析，分析进气口位置的不同对真空内的压强和气体流速的影响，从而找出最合适的进气口位置。如图5-6、5-7，分别是将进气口放在中间位置和偏离中间位置200mm处的网格划分。

图5-6 进气口在中间的网格模型

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