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1、接触应力,接触应变,4.3 微转子-固定轴承接触问题研究(),4.3 微转子-固定轴承接触问题研究(),微尺度效应的影响,接触压力,接触应力,接触应变,Captions: L -Scale factor; C-Constant;,有限元模型,Rotor-to-bearing-hub FE model,4.3 微转子-固定轴承接触问题研究(),接触压力、应力与应变,(a),(a),(b),(c),(b),(c),Notes: (a)-Von Mises stress (b)-Von Mises strain (c)-contact pressure Applied voltage U=100V,
2、4.4 微转子系统碰摩动力学特性分析(),动力学模型,碰摩力分析,微转子模型,碰摩力模型,4.4 微转子系统碰摩动力学特性分析(),摩擦机理分析,Rough surface,Multiple asperities,Single asperity,Numerical,Fractal,Statistical,4.4 微转子系统碰摩动力学特性分析(),摩擦模型,库仑摩擦模型,微尺度分形摩擦模型,4.4 微转子系统碰摩动力学特性分析(),运动学方程,碰摩状态,无碰摩状态,4.4 微转子系统碰摩动力学特性分析(),无碰摩状态,稳定性与分岔行为,Routh-Hurwitz判据,特征方程,碰摩状态,分岔条件
3、,特征方程,4.4 微转子系统碰摩动力学特性分析(),稳定性与分岔行为分析,阻尼-频率比,摩擦系数-频率比,定转子间隙-频率比,注: (1) 稳定区；(2) 不稳定区；(3) 不稳定区，但解是稳定的,4.4 微转子系统碰摩动力学特性分析(),非线性动力学行为,转速的影响,4.4 微转子系统碰摩动力学特性分析(),偏心量的影响,微尺度分形摩擦模型,库仑摩擦模型,4.4 微转子系统碰摩动力学特性分析(),阻尼系数的影响,4.4 微转子系统碰摩动力学特性分析(),分形尺度的影响,(a) D=1.2; (b) D=1.6,4.4 微转子系统碰摩动力学特性分析(),尺度长度的影响,4.5 微转子系统动力
4、润滑特性研究,阶梯滑行轴承润滑特性分析 径向气体轴承润滑特性分析,A. 阶梯滑行轴承润滑特性分析(),For Kn10, the continuum approach breaks down completely and the regime can be described as being a free molecular flow,A. 阶梯滑行轴承润滑特性分析(),阶梯型轴衬示意图,静电微电机横截面示意图,阶梯滑行轴承模型,连续流区Reynolds方程,高阶滑流速度边界条件,滑流速度,修正的Reynolds方程,A. 阶梯滑行轴承润滑特性分析(),修正的Reynolds方程,Non-d
5、imensional flow rate versus the inverse Knudsen number,A. 阶梯滑行轴承润滑特性分析(),Non-dimensional flow rate versus the inverse Knudsen number under the effects of gas rarefaction and roughness,流动速率轮廓,A. 阶梯滑行轴承润滑特性分析(),压力分析,Bearing number=50; X_step=0.4L,Bearing number=10,承载能力,Relation between load carrying c
6、apacity with spacing,B. 径向气体轴承润滑特性分析(),滑流边界条件分析,一阶滑移速度边界条件,气体分子运动示意简图,偏心量 0.50.9 努森数 0.0110.053 (0.0110),B. 径向气体轴承润滑特性分析(),数学模型,微转子-气体轴承模型,修正Reynolds方程,B. 径向气体轴承润滑特性分析(),数值计算分析,压力分布,承载能力,数值计算网格划分,B. 径向气体轴承润滑特性分析(),压力分布,无滑流情况,有滑流情况,B. 径向气体轴承润滑特性分析(),偏心量对承载能力的影响,B. 径向气体轴承润滑特性分析(),转速对承载能力的影响,4.6 微旋转机械可
7、靠性评估与分析,典型失效形式,基本失效形式,可靠性 分析方法,4.7 电磁薄膜微电机振动测试实验分析(),2mm 与6mm电机,6mm电机,2mm电机,测试系统,4.7 电磁薄膜微电机振动测试实验分析(),测试系统简图,模拟信号控制器,频谱分析仪,PC及数据采集系统,CCD激光位移传感器,4.7 电磁薄膜微电机振动测试实验分析(),6mm 电机测试,光带式测量,光束式测量,2mm 电机测试,4.7 电磁薄膜微电机振动测试实验分析(),6mm 电机振动特性,63.8 Hz,27.5 Hz,8.8 Hz,4.7 电磁薄膜微电机振动测试实验分析(),2mm 电机振动特性,35.0 Hz,28.8 H
8、z,6.3 Hz,51.3 Hz,摩擦影响越来越严重!,概要 (Outline),微机电系统的基本概况 MEMS动力学问题研究 微转子动力学问题研究 若干动力学问题的研究 MEMS动力学研究展望,5 MEMS动力学研究展望(),建立MEMS的基础理论体系 研究微型执行器动力学特性 研制新MEMS动力驱动系统 提出新设计和加工制造工艺 实现对MEMS的智能化控制 开发MEMS的实验检测系统 拓宽MEMS的实际应用领域 培养MEMS相关的专业人才,MEMS研究展望,5 MEMS动力学研究展望(),微转子动力学研究展望,微旋转动力机械的研究 多种驱动方式微旋转机械的研制；设计与加工制造方法的创新；微
9、轴承的动力 润滑特性研究；微转子系统可靠性分析；实验检测系统的开发等 微流体理论和技术的研究 微型流动系统的研究和开发；微流体动力学方程建立和流动规律的研究；微尺 度流动的表面效应、输运特性和动力特性的研究；微流体动力学方程的建立等 微观摩擦学的研究 微摩擦和润滑机理的深入研究；各种可控有序分子膜的研制及性能研究；微尺 度滑动磨损研究等 微结构粘附问题的研究 粘附现象的物理机制；研究不同材料、结构形式的粘附现象；寻找预防粘附的 微结构设计参数和加工工艺等,5 MEMS动力学研究展望(),MEMS应用研究展望,21世纪的挑战小机械、大机会,致 谢,项目资助：国家杰出青年基金 (Nr.10325209 ),谢谢！,
