MEMS若干动力学问题研究3课件

Vol.(V)1stpair2ndpair3rdpairMinMaxMinMaxMinMax1000.050.05560.11390.12660.13460.14962000.10.11110.22780.25320.26910.29913000.150.16670.34180.37990.40370.44874000.20.22220.45560.50640.53820.5982

接触应力

接触应变4.3-固定轴承接触问题研究(Ⅱ)振动、冲击、噪声国家重点实验室4.3微转子-固定轴承接触问题研究(Ⅲ)

微尺度效应的影响

接触压力

接触应力

接触应变Captions:L---Scalefactor;C---Constant;

有限元模型Rotor-to-bearing-hubFEmodel振动、冲击、噪声国家重点实验室4.3微转子-固定轴承接触问题研究(Ⅳ)

接触压力、应力与应变

(a)(a)(b)(c)(b)(c)Notes:(a)---VonMisesstress(b)---VonMisesstrain(c)---contactpressureAppliedvoltageU=100V振动、冲击、噪声国家重点实验室4.4微转子系统碰摩动力学特性分析(Ⅰ)

动力学模型

碰摩力分析微转子模型碰摩力模型振动、冲击、噪声国家重点实验室4.4微转子系统碰摩动力学特性分析(Ⅱ)

摩擦机理分析DryfrictionmechanismAdhesionDeformationElasticPlasticRoughsurfaceMultipleasperitiesSingleasperityNumericalFractalStatistical振动、冲击、噪声国家重点实验室4.4微转子系统碰摩动力学特性分析(Ⅲ)

摩擦模型库仑摩擦模型微尺度分形摩擦模型振动、冲击、噪声国家重点实验室4.4微转子系统碰摩动力学特性分析(Ⅴ)

无碰摩状态

稳定性与分岔行为Routh-Hurwitz判据

特征方程

碰摩状态分岔条件

特征方程

振动、冲击、噪声国家重点实验室4.4微转子系统碰摩动力学特性分析(Ⅵ)

稳定性与分岔行为分析阻尼-频率比

摩擦系数-频率比

定转子间隙-频率比

振动、冲击、噪声国家重点实验室注:(1)稳定区；(2)不稳定区；(3)不稳定区，但解是稳定的振动、冲击、噪声国家重点实验室4.4微转子系统碰摩动力学特性分析(Ⅶ)

非线性动力学行为

转速的影响

振动、冲击、噪声国家重点实验室4.4微转子系统碰摩动力学特性分析(Ⅷ)

阻尼系数的影响4.4微转子系统碰摩动力学特性分析(Ⅷ)

分形尺度的影响(a)D=1.2;(b)D=1.6振动、冲击、噪声国家重点实验室4.4微转子系统碰摩动力学特性分析(Ⅷ)

尺度长度的影响振动、冲击、噪声国家重点实验室A.阶梯滑行轴承润滑特性分析(Ⅰ)ForKn<0.001,thecontinuumhypothesisisappropriateandtheflowcanbeanalyzedusingtheNavier-StokesequationsFor0.001<Kn<0.1,rarefactioneffectsstarttoinfluencetheflowBeyondKn=0.1,thecontinuumassumptionoftheNavier-StokesequationsbeginstobreakdownForKn>10,thecontinuumapproachbreaksdowncompletelyandtheregimecanbedescribedasbeingafreemolecularflow振动、冲击、噪声国家重点实验室A.阶梯滑行轴承润滑特性分析(Ⅱ)阶梯型轴衬示意图静电微电机横截面示意图

阶梯滑行轴承模型振动、冲击、噪声国家重点实验室连续流区Reynolds方程

高阶滑流速度边界条件滑流速度

修正的Reynolds方程

A.阶梯滑行轴承润滑特性分析(Ⅲ)

修正的Reynolds方程振动、冲击、噪声国家重点实验室A.阶梯滑行轴承润滑特性分析(Ⅴ)

压力分析Bearingnumber=50;X_step=0.4LBearingnumber=10

承载能力Relationbetweenloadcarryingcapacitywithspacing振动、冲击、噪声国家重点实验室B.径向气体轴承润滑特性分析(Ⅰ)

滑流边界条件分析一阶滑移速度边界条件

气体分子运动示意简图

偏心量0.5~0.9努森数0.011~0.053(0.01~10)振动、冲击、噪声国家重点实验室B.径向气体轴承润滑特性分析(Ⅱ)

数学模型

微转子-气体轴承模型

修正Reynolds方程振动、冲击、噪声国家重点实验室振动、冲击、噪声国家重点实验室B.径向气体轴承润滑特性分析(Ⅳ)

压力分布

无滑流情况

有滑流情况B.径向气体轴承润滑特性分析(Ⅴ)

偏心量对承载能力的影响振动、冲击、噪声国家重点实验室B.径向气体轴承润滑特性分析(Ⅵ)

转速对承载能力的影响振动、冲击、噪声国家重点实验室4.7电磁薄膜微电机振动测试实验分析(Ⅰ)2mm与6mm电机6mm电机2mm电机振动、冲击、噪声国家重点实验室测试系统振动、冲击、噪声国家重点实验室4.7电磁薄膜微电机振动测试实验分析(Ⅱ)

测试系统简图模拟信号控制器频谱分析仪PC及数据采集系统CCD激光位移传感器振动、冲击、噪声国家重点实验室4.7电磁薄膜微电机振动测试实验分析(Ⅲ)6mm电机测试光带式测量

光束式测量

2mm电机测试振动、冲击、噪声国家重点实验室4.7电磁薄膜微电机振动测试实验分析(Ⅳ)6mm电机振动特性63.8Hz

27.5Hz

8.8Hz

振动、冲击、噪声国家重点实验室4.7电磁薄膜微电机振动测试实验分析(Ⅴ)2mm电机振动特性35.0Hz

28.8Hz

6.3Hz

51.3Hz

摩擦影响越来越严重!概要(Outline)振动、冲击、噪声国家重点实验室微机电系统的基本概况MEMS动力学问题研究微转子动力学问题研究若干动力学问题的研究MEMS动力学研究展望5MEMS动力学研究展望(Ⅰ)

建立MEMS的基础理论体系研究微型执行器动力学特性研制新MEMS动力驱动系统提出新设计和加工制造工艺实现对MEMS的智能化控制开发MEMS的实验检测系统拓宽MEMS的实际应用领域培养MEMS相关的专业人才

MEMS研究展望振动、冲击、噪声国家重点实验室5MEMS动力学研究展望(Ⅱ)

微转子动力学研究展望

微旋转动力机械的研究多种驱动方式微旋转机械的研制；设计与加工制造方法的创新；微轴承的动力润滑特性研究；微转子系统可靠性分析；实验检测系统的开发等微流体理论和技术的研究微型流动系统的研究和开发；微流体动力学方程建立和流动规律的研究；微尺度流动的表面效应、输运特性和动力特性的研究；微流体动力学方程的建立等微观摩擦学的研究微摩擦和润滑机理的深入研究；各种可控有序分子膜的研制及性能研究；微尺度滑动磨损研究等微结构粘附问题的研究粘附现象的物理机制；研究不同材料、结构形式的粘附现象；寻找预防粘附