【摘要】：由于MEMS技術(shù)的特點(diǎn),使其在引信中得到越來越廣泛的應(yīng)用。引信MEMS安全系統(tǒng)采用MEMS機(jī)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)電裝置,為引信實現(xiàn)微小型化,進(jìn)而進(jìn)一步提高引信的性能提供了有力條件。本文在歸納總結(jié)現(xiàn)有微彈性元件、延時機(jī)構(gòu)與微小型驅(qū)動器在微小型安全系統(tǒng)中應(yīng)用存在問題的基礎(chǔ)上,以微小型安全系統(tǒng)為研究對象,對應(yīng)用于微小型安全系統(tǒng)中彈性元件、延時機(jī)構(gòu)與微小型驅(qū)動器進(jìn)行了研究,并通過多種工藝相結(jié)合完成了微小型安全系統(tǒng)原理樣機(jī)的加工,對其性能進(jìn)行了測試。本文首先從材料應(yīng)力應(yīng)變角度研究了S形平面微彈簧線性范圍的計算方法,理論計算與實驗結(jié)果比較誤差在10%左右。研究表明:當(dāng)材料特性?_s/E一定時,通過增加微彈簧節(jié)數(shù)n,增長直梁部分L、增大轉(zhuǎn)彎處半徑R或減小微彈簧寬度H,可以增大微彈簧線性范圍。針對微彈簧在高過載沖擊環(huán)境中容易發(fā)生塑性形變問題,提出了一種微彈簧多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計方法,以滿足安全系統(tǒng)在跌落時微彈簧不發(fā)生塑性變形和發(fā)射時后坐延時保險機(jī)構(gòu)可靠運(yùn)動到位的要求。針對引信安全系統(tǒng)需要提供較大變形和較大作用力的要求,提出多層疊層梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,對多層疊層梁在微小型安全系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究,當(dāng)忽略摩擦力的影響時,在滿足HH_疊H/N時,疊層彈性梁提供的驅(qū)動力與驅(qū)動位移均大于原單層彈性梁。解決了微小型安全系統(tǒng)中受空間限制,單層彈性梁無法同時提供足夠大的驅(qū)動力與形變位移的問題。設(shè)計了一種無傳動輪系的雙擺鐘表延時機(jī)構(gòu),對其運(yùn)動特性進(jìn)行了動力學(xué)仿真;并針對弱環(huán)境力中Z形齒延時機(jī)構(gòu)同時受后坐過載與離心過載時不能可靠工作的問題,研究了一種非對稱Z形齒延時機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)將后坐滑塊與基板上對稱的Z形齒形改變?yōu)榉菍ΨQ齒形,改善了在離心力作用下,后坐滑塊的受力狀況。為了解決引信MEMS安全系統(tǒng)在弱環(huán)境力下,安全系統(tǒng)第二保險以及解除保險后隔爆滑塊解除隔爆的驅(qū)動問題,提出并研究了一種雙功能微小型火藥驅(qū)動器,該驅(qū)動器既能夠為隔爆滑塊提供保險功能,又能夠在解除保險后為隔爆滑塊運(yùn)動提供驅(qū)動功能。采用半包圍三明治結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)簡單,由點(diǎn)火具、蓋板、滑動銷與基板組成。體積僅為4.7×4.7×2 mm~3,采用火藥驅(qū)動方式,反應(yīng)速度快,工作電壓低,僅需要4-5V的工作電壓即能夠在1.5ms內(nèi)完成工作。采取多種加工工藝相結(jié)合方法加工了原理樣機(jī),完成了微小型火藥驅(qū)動器的密封性能測試、動作可靠性測試與耐過載性能測試,驗證了其安全性與可靠性,保證了其在微小型引信安全系統(tǒng)中的可靠應(yīng)用。最后,在對微小型安全系統(tǒng)中彈性元件、延時機(jī)構(gòu)與雙功能微小型火藥驅(qū)動器研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計并加工了一種微小型安全系統(tǒng)。對后坐延時保險機(jī)構(gòu)安全性、后坐延時保險機(jī)構(gòu)解除保險可靠性、驅(qū)動保險機(jī)構(gòu)與隔爆機(jī)構(gòu)聯(lián)動性能和系統(tǒng)集成性能進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明:本論文研究的微小型安全系統(tǒng)能夠滿足平時勤務(wù)處理的安全和發(fā)射時可靠解除保險的要求。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TJ430.3;TH-39
【圖文】：

但由于其加工方法、加工原理、工藝流程完全不同于傳統(tǒng)的機(jī)械加工，使得安全系中各機(jī)構(gòu)、各零部件的結(jié)構(gòu)形狀與傳統(tǒng)引信有很大的不同，甚至完全不同[12, 13]。目前微機(jī)電系統(tǒng)主要有三種加工技術(shù)：一種是以美國為代表的以集成電路加工術(shù)為基礎(chǔ)的硅基微加工技術(shù)[14]，主要以硅材料加工為主；二是以德國為代表的發(fā)展來的 LIGA 技術(shù)與在此基礎(chǔ)上發(fā)展的準(zhǔn) LIGA 技術(shù)，主要以金屬材料加工為主；三以日本為代表的超精密加工工藝，對傳統(tǒng)加工工藝進(jìn)行升級改造，并引入多種加工式如電火花、金屬粉末注塑等特種加工工藝，以金屬材料為主[15, 16]。由于引信使用境的特殊性（高低溫、高沖擊環(huán)境），為了保證引信 MEMS 安全系統(tǒng)使用的微機(jī)械部件的強(qiáng)度與特殊環(huán)境下的使用安全性和可靠性，多采用金屬材料加工工藝的 LIG與準(zhǔn) LIGA 技術(shù)，并結(jié)合其他特種加工工藝。LIGA 技術(shù)由上個世紀(jì) 80 年代德國卡爾斯魯厄核技術(shù)研究所所開發(fā)[17]，LIGA 德文 Lithographie、Galanoformung 和 Abformung 三個詞的縮寫，即光刻、電鑄和注塑圖 1.1 所示為 LIGA 工藝主要流程。1. 光刻顯影

北京理工大學(xué)博士學(xué)位論文解決 LIGA 技術(shù)所需 X 射線光線，以及降低加工成本，美國 Guckel 教授出了使用深紫外光代替同步輻射線的準(zhǔn) LIGA 技術(shù)，加工成本和工藝周LIGA[18-20]。該工藝分為兩個主要的部分：厚膠的深層 UV 光刻和圖形中鍍。準(zhǔn) LIGA 技術(shù)中常用的光刻膠主要有正膠和負(fù)膠[21-23]。其工藝流程如在金屬基體上X 射線照射

北京理工大學(xué)博士學(xué)位論文等的重要組成部分，它不僅可以為這些器件提供彈性力，還能夠傳遞能量。性能對其它器件能否按照設(shè)計要求正確發(fā)揮作用起著至關(guān)重要的作用[29]。與相比，MEMS 微彈簧結(jié)構(gòu)形式更加多種多樣，如圖 1.3 所示是幾種典型的 M微彈簧（以下簡稱微彈簧），使用方式更加靈活。

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本文編號：2802030