伴隨微機電系統(tǒng)的不斷發(fā)展,各種材料的微構件被廣泛應用于微器件中。微構件的尺寸基本在微納米級,微構件受各種因素的影響,微尺寸下材料的力學性能將發(fā)生非常巨大的變化。如果用相關材料的宏觀參數(shù)來進行微構件系統(tǒng)的設計,難以保證其相關指標參數(shù)及性能。本文以微梁彎曲測試法作為微構件特性測試的基本理論,研制以柔性鉸鏈驅動加載測試裝置,以實現(xiàn)檢測微梁構件的力學性能參數(shù),為不同材料的微小構件測試提供一種可行的測試手段和力學特性參考。論文設計了一套基于微梁構件彎曲法的加載夾持機構,其中包括加載機構、夾持機構及輔助安裝機構,并針對機械設計及性能參數(shù)優(yōu)化進行了相關的研究。主要工作如下幾點:1)結合微梁彎曲法的力學性能測試原理和測試系統(tǒng)的性能指標,在整體方案基礎上,進行了傳感器及驅動器和和輔助機構設計。2)研究了結合柔性片簧的第一級加載機構、結合柔性鉸鏈的微梁加載機構和試件夾持機構的設計方法。研究了柔性片簧機構的剛度計算方法及柔性鉸鏈的剛度計算方法,得到了二級加載機構的結構設計模型,同時將進行數(shù)據(jù)仿真;分析加載與夾持機構中存在的問題;進而得到最優(yōu)的兩級加載機構的具體尺寸和夾持機構的合適尺寸,最終得到滿足本論文所需...

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 研究課題的來源、目的及意義
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
        1.3.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.3.3 發(fā)展趨勢
    1.4 主要研究工作與論文內(nèi)容和結構
        1.4.1 主要研究工作
        1.4.2 論文章節(jié)安排
第二章 微梁彎曲加載夾持測試裝置總體方案設計
    2.1 引言
    2.2 系統(tǒng)性能指標、測試原理分析及總體設計方案
        2.2.1 系統(tǒng)設計要求與性能指標
        2.2.2 測試原理分析
        2.2.3 總體方案設計
    2.3 傳感器及執(zhí)行器的選型
        2.3.1 壓電陶瓷驅動器的選型
        2.3.2 直線電機的選型
        2.3.3 位移傳感器的選型
        2.3.4 力傳感器的選型
    2.4 本章小結
第三章 加載、夾持機構及輔助裝置設計與優(yōu)化
    3.1 引言
    3.2 有限元分析法簡介
    3.3 柔性鉸鏈的設計與計算
    3.4 加載機構及夾持機構材料選擇
    3.5 一級片簧式位移縮小加載機構的設計與仿真
        3.5.1 底部“幾”字梁部分
        3.5.2 對稱式“Z”字梁部分
        3.5.3 橫梁與“Z”字型梁推力對比
    3.6 二級柔性鉸鏈位移放大加載機構的設計與仿真
        3.6.1 柔性鉸鏈特點及用途
        3.6.2 柔性鉸鏈機構放大原理
        3.6.3 二級機構放大比設置分析
        3.6.4 二級柔性鉸鏈結構參數(shù)及應力計算
        3.6.5 結論
    3.7 夾持機構的設計與仿真
        3.7.1 夾持機構的理論設計
        3.7.2 夾持機構的尺寸參數(shù)設計
        3.7.3 夾持機構的靜力學仿真
    3.8 輔助機構設計
        3.8.1 壓電陶瓷預緊機構設計
        3.8.2 光柵讀數(shù)頭固定機構及拉壓力傳感器固定機構的設計
        3.8.3 夾持機構防變形機構設計
    3.9 加載機構的優(yōu)化設計
        3.9.1 直圓型柔性鉸鏈的能量分析及計算
        3.9.2 柔性鉸鏈加載機構整體能量計算
        3.9.3 單因素實驗分析和位移損失分析
    3.10 加載機構輸出力校核
    3.11 加載機構優(yōu)化后的機械結構與仿真
        3.11.1 加載機構優(yōu)化后的機械結構及仿真
        3.11.2 微位移加載夾持機構整體機構
    3.12 本章小結
第四章 微梁加載夾持機構整體安裝及測試實驗
    4.1 引言
    4.2 試件的形狀尺寸設計及仿真分析
        4.2.1 試件的尺寸設計
        4.2.2 試件的仿真
        4.2.3 試件的加工
    4.3 加載機構一級位移縮小機構輸入輸出測試
    4.4 加載機構二級位移放大結構輸入輸出測試
    4.5 夾持機構的輸入輸出試驗
    4.6 微梁彎曲加載夾持機構整體安裝步驟
    4.7 試件的彎曲加載測試
        4.7.1 拉壓傳感器標定
        4.7.2 微梁彎曲夾持測試
        4.7.3 試件彎曲試驗結果與仿真值對比分析
    4.8 測試裝置中存在的問題和改進措施
    4.9 本章小結
第五章 總結與展望
    5.1 課題總結
    5.2 課題展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間的學術活動及學術成果



本文編號：3983508