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微机械惯性闭锁开关设计

作　者: 程建建
导　师: 聂伟荣
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 微机电系统惯性开关区分载荷机构闭锁机构 S型弹簧弹性系数接电性能
分类号: TJ430.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

MEMS技术为引信电源机械开关的微型化提供了技术基础。以MEMS技术为基础,设计了一种具备区分正常发射加速度脉冲与意外跌落加速度脉冲能力的引信用微机械惯性闭锁开关,可用于新型机电引信的电源安全与智能接通。首先介绍了引信与微机械闭锁开关发展背景,分析了国内外微机械开关的发展现状与现有机构存在的一些缺陷。分别分析了正常发射加速度脉冲与勤务处理意外跌落加速度脉冲随时间变化函数曲线。提出了开关设计指标：长×宽×高为5mm×5mm×1mm;在幅值为3000g-10000g、脉宽大于等于1ms的正常发射加速度脉冲作用下,开关实现闭锁；在勤务处理中幅值为10000g-15000g、脉宽为100μs～300μs的意外跌落加速度脉冲作用下,开关保持断开；开关可抗20000g-30000g高过载,开关结构不破坏,电源稳定供电；开关闭锁后工作电阻值小于1Ω。其次,建立开关的数学和物理模型,开关由区分载荷机构(简称区分机构)与闭锁机构组成。区分机构是由横向单自由度弹簧-质量系统与纵向双自由度弹簧-质量系统组成的一个多自由度弹簧-质量系统。闭锁机构为单自由度弹簧-质量系统。根据开关理论模型,设计了开关区分机构与闭锁机构,利用仿真软件验证了开关功能。分析表明,在正常发射加速度作用下,开关可实现稳定闭锁,其最大结构应力小于材料的抗拉强度,开关导通电阻最大值为849mQ,开关稳定接电时间取决于发射加速度。在勤务处理中意外跌落加速度作用下,开关保持断开状态,其最大应力小于材料屈服强度,开关可以恢复至初始位置。在高过载情况下,开关结构应力小于抗拉强度极限,开关未破坏,满足设计要求。最后,设计了开关的加工工艺流程。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-13
  1.1 课题背景及其意义  7
  1.2 微机械开关技术发展  7-12
    1.2.1 国内研究现状  7-9
    1.2.2 国外研究现状  9-12
  1.3 课题研究内容  12
  1.4 小结  12-13
2 微机械惯性闭锁开关应用分析  13-19
  2.1 引信环境力简介  13
  2.2 开关主要环境力分析  13-16
    2.2.1 正常发射环境分析  13-15
    2.2.2 勤务处理中意外跌落环境分析  15-16
  2.3 开关设计目标  16-18
    2.3.1 正常发射环境  16
    2.3.2 勤务处理中意外跌落环境  16-17
    2.3.3 高过载环境  17
    2.3.4 接电性能  17-18
  2.4 小结  18-19
3 微机械惯性闭锁开关数学和物理模型分析  19-24
  3.1 开关工作原理  19-20
  3.2 开关区分机构分析  20-22
  3.3 开关闭锁机构分析  22
  3.4 小结  22-24
4 微机械惯性闭锁开关结构设计  24-71
  4.1 区分机构设计  24-51
    4.1.1 区分机构弹簧k_2设计  24-26
    4.1.2 区分机构质量块m_2设计  26-28
    4.1.3 区分机构质量块m_1设计  28-29
    4.1.4 区分机构平面微弹簧k_1设计  29-51
  4.2 闭锁机构设计  51-61
    4.2.1 开关接电性能分析  51-54
    4.2.2 电极设计  54-61
  4.3 开关整体结构仿真分析  61-69
    4.3.1 正常发射情况  61-64
    4.3.2 勤务意外跌落情况  64-67
    4.3.3 高过载情况  67-68
    4.3.4 接电性能  68-69
  4.4 小结  69-71
5 微机械惯性闭锁开关加工工艺流程设计  71-75
  5.1 MEMS加工工艺简介  71-72
  5.2 开关加工工艺流程设计  72-74
  5.3 小结  74-75
6 总结与展望  75-77
  6.1 总结  75-76
  6.2 创新点  76
  6.3 展望  76-77
致谢  77-78
参考文献  78-83
附录  83

微机械惯性闭锁开关设计

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