【摘要】：隨著微機(jī)電技術(shù)的進(jìn)步,微旋轉(zhuǎn)平臺(tái)技術(shù)得到了快速發(fā)展。采用固體軸承結(jié)構(gòu)的微旋轉(zhuǎn)平臺(tái)難以避免固體摩擦對(duì)運(yùn)動(dòng)性能的影響,而氣體軸承和非接觸式軸承對(duì)制造精度要求高,且控制方式復(fù)雜。采用液體支承結(jié)構(gòu)的微旋轉(zhuǎn)平臺(tái)能克服固體摩擦的限制,具有很好的柔順性,并且結(jié)構(gòu)比氣體軸承和非接觸式軸承簡(jiǎn)單,具有重要的研究意義。本文以單液滴支承的磁驅(qū)動(dòng)微旋轉(zhuǎn)平臺(tái)為研究對(duì)象,基于毛細(xì)液橋結(jié)構(gòu)以及磁驅(qū)動(dòng)方式,建立理論和仿真模型,分析了不同參數(shù)對(duì)其承載性能、運(yùn)動(dòng)性能和抗干擾性能的影響。建立單液滴支承磁驅(qū)動(dòng)微旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),在不同參數(shù)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析和驗(yàn)證。首先,針對(duì)單液滴支承微旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的液橋結(jié)構(gòu),提出自由型和限制型兩種基底配置�；赮oung-Laplace方程,利用二分法通過(guò)數(shù)值迭代求解液橋輪廓,進(jìn)而計(jì)算作用于微旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的毛細(xì)力�；赟urface Evolver,建立毛細(xì)液橋的有限元仿真模型,對(duì)液橋毛細(xì)力進(jìn)行計(jì)算,并與微分方程方法進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)微旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu),提出單液滴支承微旋轉(zhuǎn)平臺(tái)承載能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)。分析接觸角和基底尺寸等參數(shù)對(duì)兩種基底配置下微旋轉(zhuǎn)平臺(tái)承載能力的影響,并對(duì)兩種基底配置進(jìn)行了對(duì)比。其次,基于亥姆霍茨線圈原理,推導(dǎo)產(chǎn)生繞任意軸的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的控制算法。基于COMSOL Multiphysics,建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的仿真模型,并分析了磁場(chǎng)作用于微旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的磁驅(qū)動(dòng)力矩。建立流體摩擦阻力模型,分析粘度和旋轉(zhuǎn)頻率對(duì)阻力矩的影響。結(jié)合微旋轉(zhuǎn)平臺(tái)受到的磁力矩以及流體摩擦力矩,對(duì)微旋轉(zhuǎn)平臺(tái)能達(dá)到的最大旋轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行分析,研究不同參數(shù)對(duì)其最大旋轉(zhuǎn)頻率的影響�；谝簶蚶碚撃Ｐ�,在抗拉伸、抗剪切、抗側(cè)傾三個(gè)方面分析微旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的抗干擾特性,研究了液橋不同參數(shù)對(duì)抗干擾特性的影響。最后,進(jìn)行單液滴支承的磁驅(qū)動(dòng)微旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的毛細(xì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究和旋轉(zhuǎn)特性實(shí)驗(yàn)研究。建立了液橋毛細(xì)力測(cè)試系統(tǒng),在兩種基底配置下測(cè)量了液橋毛細(xì)作用力,并與仿真得到的毛細(xì)力結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了液橋毛細(xì)力學(xué)仿真模型的正確性。建立了單液滴支承磁驅(qū)動(dòng)微旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)與測(cè)試系統(tǒng),在繞豎直軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)、繞傾斜軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)以及步進(jìn)旋轉(zhuǎn)三個(gè)方面對(duì)微旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,獲得了不同接觸角、液橋體積、液體粘度以及磁場(chǎng)強(qiáng)度等條件對(duì)其各種運(yùn)動(dòng)形式下運(yùn)動(dòng)性能的影響規(guī)律。
【圖文】：

圖 1-1 IC 工藝制作的靜電驅(qū)動(dòng)電機(jī) 等人[14 16]研制了一種可變電容諧波側(cè)向驅(qū)動(dòng)微型承和靜電驅(qū)動(dòng)方式，利用沉積和表面微加工技術(shù)在低溫氧化的摻雜多晶硅層。對(duì)該微型電機(jī)進(jìn)行摩擦μN(yùn)。但是當(dāng)微型電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子和中心銷

- 2 -圖 1-2 可變電容諧波側(cè)向驅(qū)動(dòng)微型電機(jī)滑動(dòng)軸承會(huì)存在滑動(dòng)摩擦，從而會(huì)引起嚴(yán)重的摩擦和磨損，降低，，并使軸承轉(zhuǎn)速受到限制。滾動(dòng)軸承的轉(zhuǎn)子和定子之間采用微
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH-39

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 王學(xué)衛(wèi);于洋;;重力影響下板間液橋斷裂距離研究[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);2012年01期

2 于洋;王學(xué)衛(wèi);吳群;;基于Surface Evolver模擬液橋斷裂距離[J];醫(yī)用生物力學(xué);2011年05期

3 劉思思;張朝輝;劉俊銘;;微平面接觸分離中彎月面力的計(jì)算[J];物理學(xué)報(bào);2010年10期

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本文編號(hào)：2562472