微機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)與發(fā)展動(dòng)力學(xué)

1、振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室MEMS動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究概要概要 (Outline)微機(jī)電系統(tǒng)的基本概況微機(jī)電系統(tǒng)的基本概況MEMS動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究若干動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究若干動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究MEMS動(dòng)力學(xué)研究展望動(dòng)力學(xué)研究展望振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1 微機(jī)電系統(tǒng)的基本概況微機(jī)電系統(tǒng)的基本概況1.1 MEMS基本概念基本概念1.2 MEMS基本模型基本模型1.3 MEMS歷史回顧歷史回顧1.4 MEMS加工技術(shù)加工技術(shù)1.5 MEMS研究成果研究成果1.6 MEMS應(yīng)用現(xiàn)狀應(yīng)用現(xiàn)狀1.7 MEMS技術(shù)小結(jié)技術(shù)小結(jié)振動(dòng)、沖擊、噪聲

2、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1.1 MEMS基本概念基本概念 微機(jī)電系統(tǒng) MEMS: Micro-Electro-Mechanical Systems (USA)微系統(tǒng)Mcirosystem (Europe)微型機(jī)械 Micromachine (Japan)微科學(xué) Microscience (Some researchers)振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1.2 MEMS基本模型基本模型振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1.3 MEMS歷史回顧歷史回顧1947年，科學(xué)家率先發(fā)明半導(dǎo)體晶體管1959年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者Feynman教授發(fā)表著名的MEMS預(yù)言演講 There is plenty of room

3、 at the bottom1964年，Nathenson研制出第一個(gè)批量生產(chǎn)的MEMS設(shè)備 resonant gate transistor1984年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校Howe 和 Muller利用IC工藝開(kāi)發(fā)出多晶硅表面微加工技術(shù)，此技術(shù)被譽(yù)為MEMS加工技術(shù)的前奏1988年，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校研制出首臺(tái)靜電微電機(jī)，標(biāo)志著MEMS時(shí)代的來(lái)臨振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1.4 MEMS加工技術(shù)加工技術(shù) 表面微加工技術(shù) 薄膜生成技術(shù)；犧牲層技術(shù) 體形微加工技術(shù) 化學(xué)腐蝕；離子刻蝕 LIGA技術(shù)和SLIGA技術(shù) 光刻、電鑄及注塑 特種精密機(jī)械加工技術(shù) 電火花加工；激光加工；光造

4、型加工 固相鍵合技術(shù) 陽(yáng)極鍵合；Si-Si直接鍵合；玻璃封接鍵合；冷壓焊鍵合振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1.5 MEMS研究成果研究成果 First batch-fabricated MEMS（1964） First polysilicon surface micromachined MEMS device (1984)First electrostatic micromotor（1988）MEMS歷史上幾個(gè)重要的第一次歷史上幾個(gè)重要的第一次振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1.6 MEMS應(yīng)用現(xiàn)狀應(yīng)用現(xiàn)狀軍事國(guó)防軍事國(guó)防生物醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù)工廠(chǎng)維修工廠(chǎng)維修信息通信信息通信交通運(yùn)輸交

5、通運(yùn)輸航空航天航空航天 振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1.7 MEMS技術(shù)小結(jié)技術(shù)小結(jié)MEMS是人類(lèi)科技發(fā)展過(guò)程一次重大技術(shù)整合是人類(lèi)科技發(fā)展過(guò)程一次重大技術(shù)整合微電子、精密加工、傳感器、執(zhí)行器等技術(shù)微電子、精密加工、傳感器、執(zhí)行器等技術(shù)? 微小型化、智能化、集成化、高可靠性微小型化、智能化、集成化、高可靠性MEMS能夠完成真正意義上的微小型系統(tǒng)集成能夠完成真正意義上的微小型系統(tǒng)集成在芯片上實(shí)現(xiàn)了力、熱、磁、化學(xué)到電的轉(zhuǎn)變?cè)谛酒蠈?shí)現(xiàn)了力、熱、磁、化學(xué)到電的轉(zhuǎn)變MEMS極大地改善了人類(lèi)生存方式與生活質(zhì)量極大地改善了人類(lèi)生存方式與生活質(zhì)量大批量、低成本的微傳感器、微熱行器大批量、低成本的微傳感器

6、、微熱行器MEMS將會(huì)帶動(dòng)一個(gè)充滿(mǎn)活力的產(chǎn)業(yè)迅速成長(zhǎng)將會(huì)帶動(dòng)一個(gè)充滿(mǎn)活力的產(chǎn)業(yè)迅速成長(zhǎng)不是鋼鐵、汽車(chē)、微電子，而是微系統(tǒng)不是鋼鐵、汽車(chē)、微電子，而是微系統(tǒng)振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室概要概要 (Outline)振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微機(jī)電系統(tǒng)的基本概況微機(jī)電系統(tǒng)的基本概況MEMS動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究若干動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究若干動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究MEMS動(dòng)力學(xué)研究展望動(dòng)力學(xué)研究展望2 MEMS動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究2.1微尺度效應(yīng)微尺度效應(yīng)2.2多能域耦合效應(yīng)多能域耦合效應(yīng)2.3MEMS非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題2.4動(dòng)力學(xué)建模和模

7、擬分析方法動(dòng)力學(xué)建模和模擬分析方法振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.1 微尺度效應(yīng)微尺度效應(yīng)()MEMS 象征著超小型計(jì)算機(jī)芯片與微型傳感器、象征著超小型計(jì)算機(jī)芯片與微型傳感器、探頭、光學(xué)元件及執(zhí)行器的密切結(jié)合。探頭、光學(xué)元件及執(zhí)行器的密切結(jié)合。 振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.1 微尺度效應(yīng)微尺度效應(yīng)() 微型機(jī)械微型機(jī)械0.01m-0.1mmMEMS0.1mm-0.1mNEMS100nm-0.1nm振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.1 微尺度效應(yīng)微尺度效應(yīng)()S/V ratio shrinks with the scale friction inertia heat dissipatio

8、n heat storage electrostatic force magnetic force energy coupling energy production Important decrease in manufacturing relative accuracy Shrinking world, changing behavior振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.1 微尺度效應(yīng)微尺度效應(yīng)()慣性矩的大小 I = r2dm微馬達(dá)只需若干分之一秒可達(dá)最高轉(zhuǎn)速；而大馬達(dá)卻需數(shù)秒才能達(dá)到全速振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.1 微尺度效應(yīng)微尺度效應(yīng)() 各種驅(qū)動(dòng)器的尺度效應(yīng)各種驅(qū)動(dòng)器的尺度

9、效應(yīng)振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.1 微尺度效應(yīng)微尺度效應(yīng)()2222000022111222rerrl WLVF V Vldl 靜電力 電磁力22()22A BFILBl1113131311333444lld EbhVd EVd EVFlLl 壓電力0fresidenceresidencem LHVmPower densitylVVtt 熱動(dòng)力0000/22aareactionbbERTERTaafuelfueltlA fuelOeA fuelOe 振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.2 多能域耦合效應(yīng)多能域耦合效應(yīng)流體、固體等耦合微泵 微閥 微型水壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器電、熱、機(jī)械等耦合熱致動(dòng)器

10、熱傳感器機(jī)、電、磁等耦合梳狀諧振器 靜電、電磁微電機(jī)等電場(chǎng)力、空氣阻力、機(jī)械變形等耦合微壓電傳感器 原子力顯微鏡微梁探針振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.3 MEMS非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 宏觀(guān)非線(xiàn)性：宏觀(guān)非線(xiàn)性：材料特性、幾何特性等材料特性、幾何特性等 微觀(guān)非線(xiàn)性：微觀(guān)非線(xiàn)性：微摩擦、微動(dòng)磨損、粘附等微摩擦、微動(dòng)磨損、粘附等 固有非線(xiàn)性：固有非線(xiàn)性：初始應(yīng)力、大位移、熱傳輸效應(yīng)等初始應(yīng)力、大位移、熱傳輸效應(yīng)等 機(jī)械非線(xiàn)性：機(jī)械非線(xiàn)性：表面接觸、大變形、非線(xiàn)性阻尼等表面接觸、大變形、非線(xiàn)性阻尼等 多能域耦合非線(xiàn)性：多能域耦合非線(xiàn)性：電、磁、熱、光、化學(xué)等電、磁、熱、光、化學(xué)等振動(dòng)、沖

11、擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.4 動(dòng)力學(xué)建模和模擬分析方法動(dòng)力學(xué)建模和模擬分析方法()設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求要求系統(tǒng)級(jí)系統(tǒng)級(jí)縮減級(jí)縮減級(jí)物理級(jí)物理級(jí)制作級(jí)制作級(jí)仿真仿真檢驗(yàn)檢驗(yàn)振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.4 動(dòng)力學(xué)建模和模擬分析方法動(dòng)力學(xué)建模和模擬分析方法() 動(dòng)力學(xué)特性表述方法動(dòng)力學(xué)特性表述方法 簡(jiǎn)化的微分方程簡(jiǎn)化的微分方程 非線(xiàn)性時(shí)變偏微分方程非線(xiàn)性時(shí)變偏微分方程 動(dòng)力學(xué)模型動(dòng)力學(xué)模型 微機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)模型微機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)模型 非線(xiàn)性電容器模型非線(xiàn)性電容器模型 集中參數(shù)模型集中參數(shù)模型 彈簧阻尼質(zhì)量系統(tǒng)模型彈簧阻尼質(zhì)量系統(tǒng)模型 平板電容器模型平板電容器模型 三維分段線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型三維分段線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)

12、模型 動(dòng)力學(xué)分析方法動(dòng)力學(xué)分析方法 宏模型建模分析方法宏模型建模分析方法 MelnikovMelnikov方法方法 等效電路方法等效電路方法 攝動(dòng)法攝動(dòng)法 非線(xiàn)性解耦分析算法非線(xiàn)性解耦分析算法 有限單元分析方法等有限單元分析方法等振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室概要概要 (Outline)振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微機(jī)電系統(tǒng)的基本概況微機(jī)電系統(tǒng)的基本概況MEMS動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究若干動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究若干動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究MEMS動(dòng)力學(xué)研究展望動(dòng)力學(xué)研究展望3 微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究3.1 微旋轉(zhuǎn)機(jī)械的研究現(xiàn)狀3.2 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)

13、動(dòng)力學(xué)問(wèn)題3.3 微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀3.4 微旋轉(zhuǎn)機(jī)械的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3.1 微旋轉(zhuǎn)機(jī)械的研究現(xiàn)狀靜電微電機(jī)磁感應(yīng)微電機(jī) 超聲微電機(jī) 電磁微電機(jī)步進(jìn)微電機(jī)SDA微電機(jī) 擺式微電機(jī) 微微 電電 機(jī)機(jī) (Micromotor)振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3.1 微旋轉(zhuǎn)機(jī)械的研究現(xiàn)狀微型水壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器微型轉(zhuǎn)子飛機(jī)微型Otto循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī) 微型渦輪機(jī)微型發(fā)動(dòng)機(jī)微型火箭發(fā)動(dòng)機(jī) 微型燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī) 動(dòng)力動(dòng)力MEMS (Power MEMS)MEMS渦輪增壓器 振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3.1 微旋轉(zhuǎn)機(jī)械的研究現(xiàn)狀振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)展示的

14、采用MEMS技術(shù)的電阻電熱式微推進(jìn)器樣機(jī)（液體氣化方式）。微推進(jìn)器由薄膜加熱器、微型噴口等組成。其性能目標(biāo)為：比沖75125s，推力0.5mN，功率 5W，效率50%，質(zhì)量為幾克，大小為1cm2。微推進(jìn)器微推進(jìn)器 3.1 微旋轉(zhuǎn)機(jī)械的研究現(xiàn)狀振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)展示的采用MEMS技術(shù)的電阻電熱式微推進(jìn)器樣機(jī)(固體升華方式)。其性能目標(biāo)為：比沖5075s，推力0.5mN，功率 2W/mN，質(zhì)量為幾克，大小為1cm2。微推進(jìn)器微推進(jìn)器3.1 微旋轉(zhuǎn)機(jī)械的研究現(xiàn)狀振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室直徑直徑: 1 mm: 1 mm高度高度: 1.5 mm: 1.5 m

15、m重量重量: 12.5 mg: 12.5 mg最大轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)速: 18000 rpm: 18000 rpm最大力矩最大力矩: 1.5 : 1.5 NmNm直徑直徑1mm1mm微馬達(dá)微馬達(dá)上海交大研制的微馬達(dá)上海交大研制的微馬達(dá)3.2 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 微尺度下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模和分析方法微尺度下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模和分析方法 微尺度下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及非線(xiàn)性特性問(wèn)題微尺度下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及非線(xiàn)性特性問(wèn)題 微尺度下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的摩擦、磨損與潤(rùn)滑問(wèn)題微尺度下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的摩擦、磨損與潤(rùn)滑問(wèn)題 轉(zhuǎn)子高速運(yùn)動(dòng)及機(jī)電耦合非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題轉(zhuǎn)子高速運(yùn)動(dòng)及機(jī)電耦合非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)測(cè)量與控制、穩(wěn)定性分

16、析問(wèn)題轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)測(cè)量與控制、穩(wěn)定性分析問(wèn)題 微尺度下的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試及可靠性技術(shù)問(wèn)題微尺度下的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試及可靠性技術(shù)問(wèn)題 振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3.3 微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀 不同驅(qū)動(dòng)方式下動(dòng)力學(xué)特性研究不同驅(qū)動(dòng)方式下動(dòng)力學(xué)特性研究 多能域耦合非線(xiàn)性動(dòng)力特性研究多能域耦合非線(xiàn)性動(dòng)力特性研究 微尺度下動(dòng)力潤(rùn)滑特性機(jī)理研究微尺度下動(dòng)力潤(rùn)滑特性機(jī)理研究 超高轉(zhuǎn)速工作轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性超高轉(zhuǎn)速工作轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性 微尺度下摩擦磨損動(dòng)力特性研究微尺度下摩擦磨損動(dòng)力特性研究 轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)特性實(shí)驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)特性實(shí)驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室A. 微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)建模與分析振動(dòng)、沖擊、

17、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 動(dòng)力學(xué)模型動(dòng)力學(xué)模型可變電容三維場(chǎng)模型可變電容三維場(chǎng)模型 平行板模型平行板模型 獨(dú)立模塊模型獨(dú)立模塊模型 等效電路模型等等效電路模型等 分析方法分析方法場(chǎng)電路分析方法場(chǎng)電路分析方法 數(shù)值優(yōu)化算法數(shù)值優(yōu)化算法 自動(dòng)有限元建模方法自動(dòng)有限元建模方法 運(yùn)動(dòng)模擬方法運(yùn)動(dòng)模擬方法 重疊單元方法重疊單元方法 場(chǎng)計(jì)算方法等場(chǎng)計(jì)算方法等 模擬軟件與系統(tǒng)模擬軟件與系統(tǒng)VHDL-AMS系統(tǒng)建模系統(tǒng)建模 mTORQUE與與MICROTOR仿真仿真 Spice與與Saber靜電仿真靜電仿真 ANSYS多能域仿真等多能域仿真等B. 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)摩擦磨損問(wèn)題研究()振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 摩擦系

18、數(shù)的測(cè)量摩擦系數(shù)的測(cè)量微電機(jī)測(cè)量方法材料摩擦系數(shù)IC加工電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)摩擦法、啟動(dòng)電壓法PolySilicon /Si3N40.18 0.38擺動(dòng)電機(jī)動(dòng)態(tài)模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析法PolySilicon/PolySilicon0.380.55LIGA電機(jī)懸臂梁/光纖偏轉(zhuǎn)平臺(tái)Ni/Alumina0.60 1.20線(xiàn)性步進(jìn)電機(jī)摩擦測(cè)量?jī)xPolySilicon /SiO20.501.10各種微電機(jī)摩擦系數(shù)各種微電機(jī)摩擦系數(shù)B. 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)摩擦磨損問(wèn)題研究()振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)存在的磨損問(wèn)題微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)存在的磨損問(wèn)題 采用光滑環(huán)狀轉(zhuǎn)子、支撐結(jié)構(gòu) 采用滾動(dòng)接觸代替滑動(dòng)接觸 采用LB膜、自組裝單

19、分子膜(SAMS)等超薄膜 材料改性可提高材料的耐磨性能 采用Z-15和Z-DOL等多種PFPE潤(rùn)滑劑 適當(dāng)濕度，加固磨損部位，清除磨損碎片 減磨方法與防護(hù)措施減磨方法與防護(hù)措施振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室C. 微軸承動(dòng)力潤(rùn)滑問(wèn)題研究() 氣體軸承模型氣體軸承模型超短靜壓徑向軸承模型超短靜壓徑向軸承模型彈性動(dòng)壓徑向軸承模型彈性動(dòng)壓徑向軸承模型流場(chǎng)模型流場(chǎng)模型: 動(dòng)壓與靜壓動(dòng)壓與靜壓推力軸承模型推力軸承模型徑向軸承模型徑向軸承模型轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子-軸承模型軸承模型C. 微軸承動(dòng)力潤(rùn)滑問(wèn)題研究()振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 超短靜壓氣體徑向軸承的尺度律超短靜壓氣體徑向軸承的尺度律 C. 微軸承動(dòng)力潤(rùn)

20、滑問(wèn)題研究()振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 氣體軸承特性測(cè)試氣體軸承特性測(cè)試承載能力與轉(zhuǎn)速關(guān)系承載能力與轉(zhuǎn)速關(guān)系氣體軸承過(guò)臨界響應(yīng)氣體軸承過(guò)臨界響應(yīng)3.4 微旋轉(zhuǎn)機(jī)械的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)()AFM振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3.4 微旋轉(zhuǎn)機(jī)械的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)()振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3.4 微旋轉(zhuǎn)機(jī)械的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)()振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Micro turbine概要概要 (Outline)振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微機(jī)電系統(tǒng)的基本概況微機(jī)電系統(tǒng)的基本概況MEMS動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究若干動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究若干動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究MEMS動(dòng)力學(xué)研究

21、展望動(dòng)力學(xué)研究展望4 若干動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究若干動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究4.1 MEMS非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)特性研究4.2 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)摩擦磨損特性研究4.3 微轉(zhuǎn)子-固定軸承接觸問(wèn)題研究4.4 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動(dòng)力特性分析4.5 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力潤(rùn)滑特性研究4.6 微旋轉(zhuǎn)機(jī)械可靠性評(píng)估與研究4.7 電磁微電機(jī)振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)分析振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.1 MEMS非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)特性研究非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)特性研究振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室A. 微尺度下微尺度下MEMS壓膜阻尼特性分析壓膜阻尼特性分析()1()effnf K2212effa ap d加速釋放或減小阻尼, 加工釋放孔 A.

22、 微尺度下微尺度下MEMS壓膜阻尼特性分析壓膜阻尼特性分析()2.5rm4.0rm振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室B. 靜電驅(qū)動(dòng)靜電驅(qū)動(dòng)MEMS耦合非線(xiàn)性動(dòng)力特性分析耦合非線(xiàn)性動(dòng)力特性分析() 振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室VEFdyxk/2k/2cFixed platem)(tFkyycymE 220)()(2ydtVAEFyyFykyLWcsfdr323316動(dòng)力學(xué)模型示意圖動(dòng)力學(xué)模型示意圖B. 靜電驅(qū)動(dòng)靜電驅(qū)動(dòng)MEMS耦合非線(xiàn)性動(dòng)力特性分析耦合非線(xiàn)性動(dòng)力特性分析() 222002221123(1)22()rrVV A Azzddzdd振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室B. 靜電驅(qū)動(dòng)靜電驅(qū)動(dòng)ME

23、MS耦合非線(xiàn)性動(dòng)力特性分析耦合非線(xiàn)性動(dòng)力特性分析()0( , )( )( )( )( )( )sqx x xxfxq te xp tft22642224369189*20161644(69)33T Vaaa aaa非線(xiàn)性馬休非線(xiàn)性馬休(Mathieu)(Mathieu)方程方程 幅頻關(guān)系幅頻關(guān)系 01;1;10 ,20 ,100dumVVVV振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室xxxxdk)(),(3221B. 靜電驅(qū)動(dòng)靜電驅(qū)動(dòng)MEMS耦合非線(xiàn)性動(dòng)力特性分析耦合非線(xiàn)性動(dòng)力特性分析() 交流電壓幅值交流電壓幅值 壓膜阻尼比壓膜阻尼比 振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室C. 壓電驅(qū)動(dòng)壓電驅(qū)動(dòng)MEMS微懸臂梁

24、振動(dòng)控制微懸臂梁振動(dòng)控制(),(),(),(),(),(222222txfACEIxtxMttxwttxwxtxwxP振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室C. 壓電驅(qū)動(dòng)壓電驅(qū)動(dòng)MEMS微懸臂梁振動(dòng)控制微懸臂梁振動(dòng)控制()1( , )( )( )Niiiw x t x q t2ijjijjijjjjm qn qk qQR V21212222222221020( )( )( )( )01010( )( )( )( )( )( )( )( )( , )(ppbbbbjppjb biibbbbbbbbLx Aijijij AxLxCijijij AxLxd xE Id xE Id xd xij A Adxd

25、xdxdxxLj Ajj Am x x dx x x dxn x x dx x x dxkdxdxQf x t dtRC 21)()jx x222012222( , )( , )( , )( , )()()( , )bbbbw x tw x tw x tE IC AC V x t xx xxf x ttxxt)()(3212*1*eebybyhygu 線(xiàn)性化反饋控制線(xiàn)性化反饋控制振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室C. 壓電驅(qū)動(dòng)壓電驅(qū)動(dòng)MEMS微懸臂梁振動(dòng)控制微懸臂梁振動(dòng)控制()振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室C. 壓電驅(qū)動(dòng)壓電驅(qū)動(dòng)MEMS微懸臂梁振動(dòng)控制微懸臂梁振動(dòng)控制()Number of mod

26、e12345678910Beam without PZT12.69779.853126.93224.49441.63442.13735.29788.661106.31332.7Beam with PZT12.97780.168127.13223.41439.09450.74732.09785.571106.31356.5Relative error2.21%3.94%0.16%-0.48%-0.58%1.95%-0.44%-0.39%01.79%振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室C. 壓電驅(qū)動(dòng)壓電驅(qū)動(dòng)MEMS微懸臂梁振動(dòng)控制微懸臂梁振動(dòng)控制() 無(wú)阻尼無(wú)阻尼有阻尼有阻尼不同位置不同位置不同電壓不同

27、電壓高增益觀(guān)測(cè)器高增益觀(guān)測(cè)器5021 bb221 bb振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.2 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)摩擦磨損特性研究 振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室A. 摩擦磨損的尺度效應(yīng)1/201/21(/ )( /)1(/)msm neeWmsWLLL LLL1/21/201/21/21(/)1(/ )1(/ )1(/)mmdWsppmmdsWLLLLLLLL*(2)/2,()1(/ ),()1(/ )mdDdKempiricalLLKKfractalLL彈性彈性塑性塑性振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室B. 微轉(zhuǎn)子樞軸摩擦磨損特性分析 ()RhrdrpTFRhrdrpTF0h

28、rdrpTF00bRR平端樞軸模型平端樞軸模型錐型樞軸模型錐型樞軸模型球型樞軸模型球型樞軸模型模型模型簡(jiǎn)圖簡(jiǎn)圖線(xiàn)磨損率線(xiàn)磨損率體積磨損率體積磨損率摩擦力矩摩擦力矩00tantan12 1tantanTMFR1/23/25322cot3VKPNR1/21/2(2 tan )()hKPNR12TMFR23V KPNRhKPNR001 cos1 coshbR 330000323coscos23coscos3VbR00.5sinTMFR振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室B. 微轉(zhuǎn)子樞軸摩擦磨損特性分析 ()錐型樞軸錐型樞軸球型樞軸球型樞軸樞軸類(lèi)型樞軸類(lèi)型線(xiàn)磨損率線(xiàn)磨損率體積磨損率體積磨損率摩擦力矩摩擦力矩

29、C. 微轉(zhuǎn)子軸襯摩擦磨損特性分析 ()SEM photo of a micro-motor with 12/8 (stator/rotor) polesRef.: S. F. Bart, M. Mehregany, L. S. Tavrow, J. H. Lang, S. D. Senturia, Electric micromotor dynamics, IEEE Transactions on electron devices 39(3) 1992 566-575.bpRWRbG0RGTbHBearingStatorRotorHemispherical bushingSubstrateGr

30、ound plane 研究背景研究背景振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室C. 微轉(zhuǎn)子軸襯摩擦磨損特性分析 () 滑行磨損模型滑行磨損模型WRGround planeWear trackRotor bushingFxyzhpF00bbRbRBushingGround planevzyF 有限元模型有限元模型02sin3wbRMR001 cos1 cosbhbR 330000323coscos23coscos3bVbR振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室C. 微轉(zhuǎn)子軸襯摩擦磨損特性分析 ()線(xiàn)磨損率線(xiàn)磨損率體積磨損率體積磨損率摩擦力矩摩擦力矩不同半徑的半球型軸襯不同半徑的半球型

31、軸襯接觸壓力接觸壓力D. 微轉(zhuǎn)子的材料選擇 (),FunctionGeometricMaterialpfrequirements Fparameters Gproperties M ( ,)pf F G M 性能指標(biāo)性能指標(biāo)(Performance index) 123( )( )()pf Ff GfM功能要求功能要求幾何參數(shù)幾何參數(shù)材料參數(shù)材料參數(shù)主要功能：主要功能：載荷電壓、旋轉(zhuǎn)速度、驅(qū)動(dòng)力、存儲(chǔ)能量、電阻率、機(jī)械質(zhì)量因載荷電壓、旋轉(zhuǎn)速度、驅(qū)動(dòng)力、存儲(chǔ)能量、電阻率、機(jī)械質(zhì)量因 子、斷裂、摩擦磨損、粘附、振動(dòng)沖擊等子、斷裂、摩擦磨損、粘附、振動(dòng)沖擊等 材料特性：材料特性：彈性模量、密度、斷裂

32、強(qiáng)度、殘余應(yīng)力、電阻率、固有阻尼等彈性模量、密度、斷裂強(qiáng)度、殘余應(yīng)力、電阻率、固有阻尼等 振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室D. 微轉(zhuǎn)子的材料選擇 ()1fM2M 材料性能關(guān)系材料性能關(guān)系 彈性模量與斷裂強(qiáng)度彈性模量與斷裂強(qiáng)度 彈性模量與密度彈性模量與密度振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.3 微轉(zhuǎn)子-固定軸承接觸問(wèn)題研究()12122212122111222212122122221211(1)(1)22211(1)(1)(2)()2 ()() ()xaPE ERRLEEPE EzRRLEEazazza az 21222121221221212211221112(1)(1)2 ( )(1)(1)()

33、( )()E E aRREEp x R REEE ERRp xa21(1)(1)izixiizE 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型121z2z1w2wx xy yz z1O2OO1R2Rbody1body1body2body21S2SS 接觸壓力接觸壓力 接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力 接觸應(yīng)變接觸應(yīng)變Mathematic model振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Vol. (V)1st pair2nd pair3rd pairMin MaxMin MaxMin Max1000.050.05560.11390.12660.13460.14962000.10.11110.22780.25320.26910.29913000.1

34、50.16670.34180.37990.40370.44874000.20.22220.45560.50640.53820.5982 接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力 接觸應(yīng)變接觸應(yīng)變4.3 微轉(zhuǎn)子-固定軸承接觸問(wèn)題研究()振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.3 微轉(zhuǎn)子-固定軸承接觸問(wèn)題研究() 微尺度效應(yīng)的影響微尺度效應(yīng)的影響 接觸壓力接觸壓力 接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力 接觸應(yīng)變接觸應(yīng)變CxCzCz2PLCaptions:L -Scale factor; C-Constant; 有限元模型有限元模型 Rotor-to-bearing-hub FE model振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.3 微轉(zhuǎn)子-固定軸承接觸

35、問(wèn)題研究() 接觸壓力、應(yīng)力與應(yīng)變接觸壓力、應(yīng)力與應(yīng)變 0.3 0 (a)(a)(b)(c)(b)(c)Notes:(a)-Von Mises stress(b)-Von Mises strain(c)-contact pressureApplied voltage U=100V振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.3 微轉(zhuǎn)子-固定軸承接觸問(wèn)題研究() 摩擦系數(shù)的影響摩擦系數(shù)的影響 最大最大 Von Mises應(yīng)力應(yīng)力 最大接觸壓力最大接觸壓力 振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.4 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動(dòng)力學(xué)特性分析() 動(dòng)力學(xué)模型動(dòng)力學(xué)模型 碰摩力分析碰摩力分析1cossin()()1sincosnn

36、XrnYFFXkuuuFFY cossin0()sincos0nXYFFuFF rkkcmMicro -rotor微轉(zhuǎn)子模型微轉(zhuǎn)子模型碰摩力模型碰摩力模型振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.4 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動(dòng)力學(xué)特性分析() 摩擦機(jī)理分析摩擦機(jī)理分析Dry friction mechanismAdhesionDeformationElasticPlasticRough surfaceMultiple asperitiesSingle asperityNumericalFractalStatistical振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.4 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動(dòng)力學(xué)特性分析()2 /21(2)/20

37、12(2)/21(/ )12/1/1(/ )DDDsdnaDWWssLLldLLLLlaLL 摩擦模型摩擦模型()()0()0nrnnnFkuuFFFuF庫(kù)侖摩擦模型庫(kù)侖摩擦模型微尺度分形摩擦模型微尺度分形摩擦模型()()0()0nrnnFkuuFf FFuFnadsdp振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.4 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動(dòng)力學(xué)特性分析() 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 碰摩狀態(tài)碰摩狀態(tài)22/22022/22012(1)() cos(1)12(1)() sinnnxxxxy y xyyyyxy x xy 無(wú)碰摩狀態(tài)無(wú)碰摩狀態(tài)222 cos(1)2 sinxxxyyy 振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.

38、4 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動(dòng)力學(xué)特性分析() 無(wú)碰摩狀態(tài)無(wú)碰摩狀態(tài) 穩(wěn)定性與分岔行為穩(wěn)定性與分岔行為43224(24)410 Routh-Hurwitz判據(jù)判據(jù) 240432432100b b b b b43221222214222212220142444 (4)8(44)(4)(4)AAAAAAAbbbbffbffff4222212220(44)(4)(4)0AAAAbffff特征方程特征方程 碰摩狀態(tài)碰摩狀態(tài)分岔?xiàng)l件分岔?xiàng)l件 特征方程特征方程 振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.4 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動(dòng)力學(xué)特性分析() 穩(wěn)定性與分岔行為分析穩(wěn)定性與分岔行為分析715.5 10/krN m3em6/cN

39、s m3em2em0.26f 阻尼阻尼-頻率比頻率比 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)-頻率比頻率比 定轉(zhuǎn)子間隙定轉(zhuǎn)子間隙-頻率比頻率比 振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室注注: (1) 穩(wěn)定區(qū)；穩(wěn)定區(qū)；(2) 不穩(wěn)定區(qū)；不穩(wěn)定區(qū)；(3) 不穩(wěn)定區(qū)，但解是穩(wěn)定的不穩(wěn)定區(qū)，但解是穩(wěn)定的振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.4 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動(dòng)力學(xué)特性分析() 非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)行為非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)行為 轉(zhuǎn)速的影響轉(zhuǎn)速的影響 1.83.03.553.750.025 0.5 /1sWLL/0.9WL L1.9D 10.01 20.1 0.5 0.025 0.5 4.4 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動(dòng)力學(xué)特性分析() 偏心量的影響偏心量的影響微尺度

40、分形摩擦模型微尺度分形摩擦模型庫(kù)侖摩擦模型庫(kù)侖摩擦模型0.90 振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.4 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動(dòng)力學(xué)特性分析() 阻尼系數(shù)的影響阻尼系數(shù)的影響/1sWLL/0.9WL L1.1D /1sWLL/0.9WL L1.9D /1000sWLL/0.6WL L1.9D /1000sWLL/0.9WL L1.9D 4.4 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動(dòng)力學(xué)特性分析() 分形尺度的影響分形尺度的影響/0sWLL/1sWLL(a) D=1.2; (b) D=1.6振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.4 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動(dòng)力學(xué)特性分析() 尺度長(zhǎng)度的影響尺度長(zhǎng)度的影響/0sW

41、LL1.1D /0sWLL1.6D /1sWLL1.6D /0.1sWLL1.9D 振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.5 微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力潤(rùn)滑特性研究微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力潤(rùn)滑特性研究振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室A. 階梯滑行軸承潤(rùn)滑特性分析階梯滑行軸承潤(rùn)滑特性分析()For Kn0.001, the continuum hypothesis is appropriate and the flow can be analyzed using the Navier-Stokes equations For 0.001Kn10, the continuum approach breaks down com

42、pletely and the regime can be described as being a free molecular flow Continuum flowFree molecule flowSlip flowTransition flowKnudsen number41031011010210振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室A. 階梯滑行軸承潤(rùn)滑特性分析階梯滑行軸承潤(rùn)滑特性分析()階梯型軸襯示意圖階梯型軸襯示意圖RotorBushingShieldShaft(bearing)Stator0hbL0hstephstepxrrUxyz1x1y2x2y靜電微電機(jī)橫截面示意圖靜電微電機(jī)橫

43、截面示意圖 階梯滑行軸承模型階梯滑行軸承模型振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)(12)(6)()(33hhUtxyphyxphx連續(xù)流區(qū)連續(xù)流區(qū)Reynolds方程方程 高階滑流速度邊界條件高階滑流速度邊界條件 )()()(33! 3322!222wyuwyuwyuwallgasuu)()66()66(22232223PHKHKPHKHKPHXYPPHnnYXPPHnnXwyuwyuslipu)()(222!222滑流速度滑流速度 修正的修正的Reynolds方程方程 A. 階梯滑行軸承潤(rùn)滑特性分析階梯滑行軸承潤(rùn)滑特性分析() 修正的修正的Reynolds方程方程振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室N

44、on-dimensional flow rate versus the inverse Knudsen number A. 階梯滑行軸承潤(rùn)滑特性分析階梯滑行軸承潤(rùn)滑特性分析()Non-dimensional flow rate versus the inverse Knudsen number under the effects of gas rarefaction and roughness 流動(dòng)速率輪廓流動(dòng)速率輪廓振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室A. 階梯滑行軸承潤(rùn)滑特性分析階梯滑行軸承潤(rùn)滑特性分析() 壓力分析壓力分析Bearing number=50; X_step=0.4L Beari

45、ng number=10 承載能力承載能力Relation between load carrying capacity with spacing振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室B. 徑向氣體軸承潤(rùn)滑特性分析徑向氣體軸承潤(rùn)滑特性分析() 滑流邊界條件分析滑流邊界條件分析2222 2134slipuuuzz2222 2134slipvvvzz222 212 2314 223312 223zpuzhzhRxhpvzhzhy 一階滑移速度邊界條件一階滑移速度邊界條件 氣體分子運(yùn)動(dòng)示意簡(jiǎn)圖氣體分子運(yùn)動(dòng)示意簡(jiǎn)圖 偏心量偏心量 0.50.9努森數(shù)努森數(shù) 0.0110.053 (0.0110)振動(dòng)、沖擊、噪聲

46、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室B. 徑向氣體軸承潤(rùn)滑特性分析徑向氣體軸承潤(rùn)滑特性分析() 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型3232446nnphK hphK hppRphxxyyx 微轉(zhuǎn)子微轉(zhuǎn)子-氣體軸承模型氣體軸承模型 修正修正Reynolds方程方程振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室B. 徑向氣體軸承潤(rùn)滑特性分析徑向氣體軸承潤(rùn)滑特性分析() 數(shù)值計(jì)算分析數(shù)值計(jì)算分析1,1,1,11,1,2,22223221,1,1,1,1,11,1,281311241222ijiji ji jijijni ji jijijijiji ji jijijnPPPPPPKHHPPHHHPPPPPPPPKHH ,1,1221,1,240i ji j

47、ijijnPPPPKHH /200/200( , ) 1 cos( , ) 1 sinL RnL RtWPd dWPd d 壓力分布?jí)毫Ψ植?承載能力承載能力數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)值計(jì)算網(wǎng)格劃分 振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室B. 徑向氣體軸承潤(rùn)滑特性分析徑向氣體軸承潤(rùn)滑特性分析()0.9 壓力分布?jí)毫Ψ植?無(wú)滑流情況無(wú)滑流情況0.9 61 10rpm 51 10rpm 0.6 0.3 61 10rpm 61 10rpm 0.9 有滑流情況有滑流情況B. 徑向氣體軸承潤(rùn)滑特性分析徑向氣體軸承潤(rùn)滑特性分析() 偏心量對(duì)承載能力的影響偏心量對(duì)承載能力的影響振動(dòng)、沖擊、噪聲

48、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室B. 徑向氣體軸承潤(rùn)滑特性分析徑向氣體軸承潤(rùn)滑特性分析() 轉(zhuǎn)速對(duì)承載能力的影響轉(zhuǎn)速對(duì)承載能力的影響振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.6 微旋轉(zhuǎn)機(jī)械可靠性評(píng)估與分析微旋轉(zhuǎn)機(jī)械可靠性評(píng)估與分析DesignformicromotorreliabilityFailure modesFailure mechanisms Contamination Friction and Wear Stiction and Fracture electronic interference Contact Surface forces Adhesive and abrasiv

49、e Intrinsic and applied stressStudying methodsSolving methods(1) experimental methodsObservation, test, measurement, etc. (2) Numerical methods Model: parallel-plate, MPPM model, etc. Analysis: FEM, FVM, BEM, etc. Simulation: VHDL-AMS, ANSYS, etc.(1) Materials (silicon dioxide etc.)(2) Reasonable designs (LIGA e