【摘要】：由于MEMS技術的特點,使其在引信中得到越來越廣泛的應用。引信MEMS安全系統采用MEMS機構代替?zhèn)鹘y機電裝置,為引信實現微小型化,進而進一步提高引信的性能提供了有力條件。本文在歸納總結現有微彈性元件、延時機構與微小型驅動器在微小型安全系統中應用存在問題的基礎上,以微小型安全系統為研究對象,對應用于微小型安全系統中彈性元件、延時機構與微小型驅動器進行了研究,并通過多種工藝相結合完成了微小型安全系統原理樣機的加工,對其性能進行了測試。本文首先從材料應力應變角度研究了S形平面微彈簧線性范圍的計算方法,理論計算與實驗結果比較誤差在10%左右。研究表明:當材料特性?_s/E一定時,通過增加微彈簧節(jié)數n,增長直梁部分L、增大轉彎處半徑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優(yōu)化設計方法,以滿足安全系統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構可靠運動到位的要求。針對引信安全系統需要提供較大變形和較大作用力的要求,提出多層疊層梁結構的設計方法,對多層疊層梁在微小型安全系統中的應用進行了研究,當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動力與驅動位移均大于原單層彈性梁。解決了微小型安全系統中受空間限制,單層彈性梁無法同時提供足夠大的驅動力與形變位移的問題。設計了一種無傳動輪系的雙擺鐘表延時機構,對其運動特性進行了動力學仿真;并針對弱環(huán)境力中Z形齒延時機構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形齒延時機構,該機構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安全系統在弱環(huán)境力下,安全系統第二保險以及解除保險后隔爆滑塊解除隔爆的驅動問題,提出并研究了一種雙功能微小型火藥驅動器,該驅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動提供驅動功能。采用半包圍三明治結構,結構簡單,由點火具、蓋板、滑動銷與基板組成。體積僅為4.7×4.7×2 mm~3,采用火藥驅動方式,反應速度快,工作電壓低,僅需要4-5V的工作電壓即能夠在1.5ms內完成工作。采取多種加工工藝相結合方法加工了原理樣機,完成了微小型火藥驅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中的可靠應用。最后,在對微小型安全系統中彈性元件、延時機構與雙功能微小型火藥驅動器研究的基礎上,設計并加工了一種微小型安全系統。對后坐延時保險機構安全性、后坐延時保險機構解除保險可靠性、驅動保險機構與隔爆機構聯動性能和系統集成性能進行了測試。測試結果表明:本論文研究的微小型安全系統能夠滿足平時勤務處理的安全和發(fā)射時可靠解除保險的要求。
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：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的機械加工，使得安全系中各機構、各零部件的結構形狀與傳統引信有很大的不同，甚至完全不同[12, 13]。目前微機電系統主要有三種加工技術：一種是以美國為代表的以集成電路加工術為基礎的硅基微加工技術[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 技術與在此基礎上發(fā)展的準 LIGA 技術，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，對傳統加工工藝進行升級改造，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 安全系統使用的微機械部件的強度與特殊環(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 LIGA 技術，并結合其他特種加工工藝。LIGA 技術由上個世紀 80 年代德國卡爾斯魯厄核技術研究所所開發(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

北京理工大學博士學位論文解決 LIGA 技術所需 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 LIGA 技術，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 LIGA 技術中常用的光刻膠主要有正膠和負膠[21-23]。其工藝流程如在金屬基體上X 射線照射

北京理工大學博士學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計要求正確發(fā)揮作用起著至關重要的作用[29]。與相比，MEMS 微彈簧結構形式更加多種多樣，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