单晶炉是直拉法制备单晶硅的关键技术装备,其质量和稳定性对拉晶质量起着决定作用,设计开发时不但要了解单晶生长工艺要求,还要熟悉机械、电子、真空和热力等方面的专业技术。本文针对单晶炉设备的机械性能要求,对其结构进行系统分析及优化设计,对保证设备性能有重要的作用。本文在分析直拉式单晶炉结构和拉晶工艺过程的基础上,以TDR-120型单晶炉为研究对象,使用Pro／E软件建立了结构实体三维模型。分析了单晶炉的工作过程和工况条件,研究了不同工况状态下设备底部的受力情况,选用SOLID45实体对简化后的设备结构进行单元划分,通过ANSYS有限元分析方法,获得了设备底部垫铁的应力分布云图,以此为条件,计算出三种不同工况下各个垫铁所受的反力大小,分析了各支撑点的受力特点和不同工况的作用力变化趋势,并对三种工况下重要接合面连接螺栓的强度进行了校核计算,为单晶炉的装配和现场安装提供了依据。论文分析了影响单晶炉炉体支承座结构重量的因素,采用正交试验法对对现有单晶炉炉体支承座结构进行仿真设计,研究了不同设计条件下炉体支承座的变形规律,找出了最大变形区域和变形量,基于最小二乘原理获得了炉体支承座结构重量、应变、位移的回归方程。以轻量化为目标,建立了炉体支承座结构优化的目标函数和约束条件,得到了可以满足强度和变形要求的最优化设计方案,实现了局部结构轻量化的目的,减重效果明显。针对单晶炉设备使用过程中的振动和稳定性问题,论文对炉体结构的振动特性进行了理论和实验研究。分析了设备整体结构的模态,获得设备前十阶固有频率和振型,得到了影响系统振动的因素和结构薄弱环节,通过激振实验获得了单晶炉的固有频率的实验值,验证了分析的正确性,并对设备运行过程进行了现场测试,得到了不同部位的振动信号,经过对比分析,排除了液压泵和真空泵对设备振动的影响,获得了工作中的振动主要是零件加工质量、安装精度和旋转偏心造成的结论,这为进行进一步设备振动分析、提高设备质量提供了参考依据。