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MEMS引信的微装配技术研究

作　者: 包丽雅
导　师: 张嘉易
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: MEMS引信微装配微动工作台真空吸附台微夹持器
分类号: TG95
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着微机电产品的小型化和微型化,微装配技术在微机电系统(MEMS)中发挥越来越重要的作用。若要使MEMS引信中的零件能够准确、可靠的装配到一起,需要构建一套适用于MEMS引信的微装配系统。针对MEMS引信零件小、薄、脆等特点,以MEMS引信安全解除保险机构中的齿轮、齿轮轴、平衡摆、平衡摆轴为装配对象,提出了一套适用于MEMS引信的微装配系统方案,并且设计了该微装配系统中的关键部件并进行了实验研究。确定了由压电陶瓷(PZT)驱动,基于柔性铰链的双向平面四杆机构的微动工作台结构,并对其进行运动分析、Pro/E三维建模、并利用ANSYS进行有限元静态仿真分析和模态仿真分析,仿真结果与解析计算基本一致,初步证明该微动工作台的结构基本可行;设计了能够吸附不同零件的真空吸附台结构及真空吸附回路;确定了由压电陶瓷(PZT)驱动,柔性铰链二级放大的微夹持器结构,并利用Pro/E进行三维建模、ANSYS静态分析和仿真计算及ANSYS模态分析。最后对微动工作台和微夹持器进行试制、实验测试。实验测试结果表明微动工作台基本能达到设计要求,能够实现X向和Y向分别是0～10um的行程,微夹持器随着电压的升高和降低能够实现闭合和张开,最大张合量是245um,实际放大倍数约为12.2,小于理论设计和有限元仿真计算的放大倍数,对此结果做了分析与总结。虽然微夹持器的放大倍数相对低一些,但是能够夹持MEMS引信安全解除保险机构中的零件,因此该微夹持器的结构基本是可行的。本文的研究工作为后续搭建MEMS引信的微装配系统提供了基础,同时对构建其他微装配系统也有一定的参考意义。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-18
  1.1 课题背景及研究意义  12-13
  1.2 微装配技术研究  13-14
    1.2.1 微装配技术概述  13
    1.2.2 微装配技术中的关键问题  13-14
  1.3 微装配系统研究  14-17
    1.3.1 微装配系统分类  14
    1.3.2 国内外的研究状况  14-17
  1.4 本文的主要研究内容  17-18
第2章 MEMS 引信微装配系统方案  18-24
  2.1 微装配系统的分析  18-20
  2.2 微装配系统的构成  20
  2.3 MEMS 引信微装配系统方案  20-23
  2.4 本章小结  23-24
第3章基于柔性铰链的微动工作台的设计及分析  24-51
  3.1 微动工作台概述  24-28
    3.1.1 微动工作台的分类  24-25
    3.1.2 微动工作台的应用领域  25-26
    3.1.3 国内外微动工作台的研究现状  26-28
  3.2 柔性铰链的选择与设计  28-33
    3.2.1 柔性铰链概述  28
    3.2.2 柔性铰链的分类  28-30
    3.2.3 柔性铰链的工作原理  30
    3.2.4 柔性铰链的设计  30-33
  3.3 压电陶瓷驱动器  33-36
    3.3.1 压电效应与电致伸缩效应  33-34
    3.3.2 压电陶瓷器件的结构形式  34-36
  3.4 微动工作台的结构设计及有限元静态分析  36-45
    3.4.1 微动工作台的设计要求  36-37
    3.4.2 微动工作台的技术指标  37
    3.4.3 微动工作台的结构设计及运动分析  37-38
    3.4.4 微动工作台的设计计算  38-40
    3.4.5 微动工作台的三维建模  40
    3.4.6 微动工作台的有限元静态分析  40-45
  3.5 基于拉格朗日方程的微动工作台的动态建模  45-50
    3.5.1 拉氏方程的原理  46
    3.5.2 微动工作台的固有频率的解析计算  46-48
    3.5.3 微动工作台的动态特性仿真  48-50
  3.6 本章小结  50-51
第4章真空吸附台的研究与设计  51-54
  4.1 真空吸附台概述  51
  4.2 真空吸附台的结构设计  51-52
  4.3 真空吸附回路的研究与设计  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第5章基于柔性铰链二级放大微夹持器的设计及分析  54-67
  5.1 微夹持器概述  54-57
    5.1.1 微夹持器的基本性能要求  54
    5.1.2 微夹持器的分类  54-57
  5.2 微夹持器的设计方案  57-58
  5.3 微夹持器的结构设计  58-62
    5.3.1 微夹持器的设计要求  58
    5.3.2 微夹持器建模  58-60
    5.3.3 微夹持器放大倍数的计算  60
    5.3.4 微夹持器的最大应力分析与最大位移输入  60-62
  5.4 微夹持器有限元仿真  62-66
    5.4.1 放大倍数仿真计算  62-65
    5.4.2 刚度及夹持力的仿真计算  65
    5.4.3 微夹持器的模态分析  65-66
  5.5 本章小结  66-67
第六章微动工作台及微夹持器实验测试  67-80
  6.1 微动工作台的试制  67-68
  6.2 微动工作台实验研究与分析  68-73
    6.2.1 实验平台的搭建  68-70
    6.2.2 微动工作台性能测试与分析  70-73
  6.3 微夹持器试制  73
  6.4 微夹持器实验研究与分析  73-79
    6.4.1 微夹持器实验平台的搭建  73-74
    6.4.2 微夹持器性能测试与分析  74-79
  6.5 本章小结  79-80
结论  80-82
参考文献  82-86
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  86-87
致谢  87-88

MEMS引信的微装配技术研究

内容摘要

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