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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 pressureApplied voltage U=100V,4.3 微
2、转子-固定轴承接触问题研究(),摩擦系数的影响,最大 Von Mises应力,最大接触压力,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()
3、,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,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)
4、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Re
5、ynolds方程,A. 阶梯滑行轴承润滑特性分析(),修正的Reynolds方程,Non-dimensional 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 n
6、umber=10,承载能力,Relation between load carrying capacity 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
7、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
8、 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 Hz,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,
9、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！,
