微機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課件

振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室MEMS若干動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孟光張文明概要(Outline)微機(jī)電系統(tǒng)的基本概況MEMS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MEMS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1.1MEMS基本概念1.2MEMS基本模型1.3MEMS歷史回顧1.4MEMS加工技術(shù)1.5MEMS研究成果1.6MEMS應(yīng)用現(xiàn)狀1.7 MEMS技術(shù)小結(jié)振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1.2MEMS基本模型振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1.3MEMS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‘Thereisplentyofroomatthebottom’1964年，Nathenson研制出第一個(gè)批量生產(chǎn)的MEMS設(shè)備resonantgatetransistor1984年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校Howe和Muller利用IC工藝開發(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1.4MEMS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1.6MEMS應(yīng)用現(xiàn)狀軍事國(guó)防生物醫(yī)學(xué)環(huán)境保護(hù)工廠維修信息通信交通運(yùn)輸航空航天

……振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1.7MEMS技術(shù)小結(jié)MEMS是人類科技發(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

在芯片上實(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MEMS將會(huì)帶動(dòng)一個(gè)充滿活力的產(chǎn)業(yè)迅速成長(zhǎng)

不是鋼鐵、汽車、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(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MEMS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MEMS動(dòng)力學(xué)研究展望2.1微尺度效應(yīng)(Ⅰ)MEMS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。

Howsmallissmall?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)(Ⅱ)

尺度范圍:微型機(jī)械0.01m-0.1mmMEMS0.1mm-0.1μmNEMS100nm-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)(Ⅲ)S/Vratioshrinkswiththescalefriction>inertiaheatdissipation>heatstorageelectrostaticforce>magneticforceenergycoupling>energyproduction

Importantdecreaseinmanufacturingrelativeaccuracy

Shrinkingworld,changingbehavior

微尺度律振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.1微尺度效應(yīng)(Ⅴ)

各種驅(qū)動(dòng)器的尺度效應(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)(Ⅵ)

驅(qū)動(dòng)力的微尺度效應(yīng)

靜電力

電磁力

壓電力

熱動(dòng)力振動(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)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2.4 動(dòng)力學(xué)建模和模擬分析方法(Ⅰ)設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)級(jí)縮減級(jí)物理級(jí)制作級(jí)仿真檢驗(yàn)

建模過(guò)程振動(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(Ⅱ)

動(dòng)力學(xué)建模與分析方法

動(dòng)力學(xué)特性表述方法簡(jiǎn)化的微分方程非線性時(shí)變偏微分方程動(dòng)力學(xué)模型微機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)模型非線性電容器模型集中參數(shù)模型彈簧阻尼質(zhì)量系統(tǒng)模型平板電容器模型三維分段線性動(dòng)力學(xué)模型動(dòng)力學(xué)分析方法

宏模型建模分析方法 Melnikov方法等效電路方法攝動(dòng)法非線性解耦分析算法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(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MEMS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MEMS動(dòng)力學(xué)研究展望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)

微電機(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MEMS(PowerMEMS)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75～125s，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:1mm高度:1.5mm重量:12.5mg最大轉(zhuǎn)速:18000rpm最大力矩:1.5Nm直徑1mm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轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及非線性特性問(wèn)題微尺度下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的摩擦、磨損與潤(rùn)滑問(wèn)題轉(zhuǎn)子高速運(yùn)動(dòng)及機(jī)電耦合非線性動(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

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)特性研究多能域耦合非線性動(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、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

動(dòng)力學(xué)模型可變電容三維場(chǎng)模型平行板模型 獨(dú)立模塊模型等效電路模型等

分析方法場(chǎng)電路分析方法數(shù)值優(yōu)化算法自動(dòng)有限元建模方法運(yùn)動(dòng)模擬方法重疊單元方法場(chǎng)計(jì)算方法等

模擬軟件與系統(tǒng)VHDL--AMS系統(tǒng)建模mTORQUE與MICROTOR仿真Spice與Saber靜電仿真ANSYS多能域仿真等B.微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)摩擦磨損問(wèn)題研究(Ⅰ)振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

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/PolySilicon0.38~0.55LIGA電機(jī)懸臂梁/光纖偏轉(zhuǎn)平臺(tái)Ni/Alumina0.60~1.20線性步進(jìn)電機(jī)摩擦測(cè)量?jī)xPolySilicon/SiO20.50~1.10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(Ⅱ)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

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(Ⅰ)

氣體軸承模型超短靜壓徑向軸承模型彈性動(dòng)壓徑向軸承模型流場(chǎng)模型:動(dòng)壓與靜壓推力軸承模型徑向軸承模型轉(zhuǎn)子-軸承模型C.微軸承動(dòng)力潤(rùn)滑問(wèn)題研究(Ⅱ)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

C.微軸承動(dòng)力潤(rùn)滑問(wèn)題研究(Ⅲ)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)試承載能力與轉(zhuǎn)速關(guān)系氣體軸承過(guò)臨界響應(yīng)3.4微旋轉(zhuǎn)機(jī)械的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)(Ⅰ)

AFM測(cè)試多晶硅微電機(jī)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)(Ⅱ)

微發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試摩擦力振動(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)(Ⅲ)

微渦輪機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Microturbine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MEMS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MEMS動(dòng)力學(xué)研究展望4若干動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究4.1MEMS非線性動(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4.1MEMS非線性動(dòng)力學(xué)特性研究

微尺度下MEMS壓膜阻尼特性分析靜電驅(qū)動(dòng)MEMS耦合動(dòng)力特性分析壓電驅(qū)動(dòng)MEMS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)室振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室A.微尺度下MEMS壓膜阻尼特性分析(Ⅰ)

擠壓效應(yīng)

穿孔效應(yīng)

滑流效應(yīng)加速釋放或減小阻尼,加工釋放孔

無(wú)滑流效應(yīng)

有滑流效應(yīng)

A.微尺度下MEMS壓膜阻尼特性分析(Ⅱ)

剛度系數(shù)

阻尼系數(shù)

穿孔效應(yīng)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)MEMS耦合非線性動(dòng)力特性分析(Ⅰ)

壓膜阻尼力

動(dòng)力學(xué)模型振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)力學(xué)模型示意圖B.靜電驅(qū)動(dòng)MEMS耦合非線性動(dòng)力特性分析(Ⅱ)

吸合效應(yīng)(Pull-in)

靜電剛度軟化效應(yīng)

固有非線性特性振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室B.靜電驅(qū)動(dòng)MEMS耦合非線性動(dòng)力特性分析(Ⅲ)

參數(shù)激勵(lì)與外激勵(lì)耦合響應(yīng)非線性馬休(Mathieu)方程

幅頻關(guān)系

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)MEMS耦合非線性動(dòng)力特性分析(Ⅳ)

分岔與混沌特性分析

交流電壓幅值

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)MEMS微懸臂梁振動(dòng)控制(Ⅰ)

動(dòng)力學(xué)模型振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室C.壓電驅(qū)動(dòng)MEMS微懸臂梁振動(dòng)控制(Ⅱ)Rayleigh-Ritz方法線性化反饋控制振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室C.壓電驅(qū)動(dòng)MEMS微懸臂梁振動(dòng)控制(Ⅲ)

模態(tài)形狀振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室C.壓電驅(qū)動(dòng)MEMS微懸臂梁振動(dòng)控制(Ⅳ)

模態(tài)頻率Numberofmode12345678910BeamwithoutPZT12.69779.853126.93224.49441.63442.13735.29788.661106.31332.7BeamwithPZT12.97780.168127.13223.41439.09450.74732.09785.571106.31356.5Relativeerror2.21%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)MEMS微懸臂梁振動(dòng)控制(Ⅴ)

階躍響應(yīng)

頻率響應(yīng)

無(wú)阻尼有阻尼不同位置不同電壓高增益觀測(cè)器振動(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

摩擦磨損的尺度效應(yīng)

微轉(zhuǎn)子樞軸摩擦磨損特性分析

微轉(zhuǎn)子軸襯摩擦磨損特性分析

微轉(zhuǎn)子的材料選擇

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)

摩擦的尺度效應(yīng)

磨損的尺度效應(yīng)彈性塑性振動(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(Ⅰ)平端樞軸模型錐型樞軸模型球型樞軸模型模型簡(jiǎn)圖線磨損率體積磨損率摩擦力矩振動(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(Ⅱ)錐型樞軸球型樞軸樞軸類型線磨損率體積磨損率摩擦力矩C.微轉(zhuǎn)子軸襯摩擦磨損特性分析(Ⅰ)SEMphotoofamicro-motorwith12/8(stator/rotor)polesRef.:S.F.Bart,M.Mehregany,L.S.Tavrow,J.H.Lang,S.D.Senturia,Electricmicromotordynamics,IEEETransactionsonelectrondevices39(3)1992566-575.

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(Ⅱ)

滑行磨損模型

有限元模型振動(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(Ⅲ)線磨損率體積磨損率摩擦力矩不同半徑的半球型軸襯接觸壓力D.微轉(zhuǎn)子的材料選擇(Ⅰ)

性能指標(biāo)(Performanceindex)功能要求幾何參數(shù)材料參數(shù)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)量因子、斷裂、摩擦磨損、粘附、振動(dòng)沖擊等材料特性：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(Ⅱ)

材料性能關(guān)系

彈性模量與斷裂強(qiáng)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(Ⅰ)

數(shù)學(xué)模型

接觸壓力

接觸應(yīng)力

接觸應(yīng)變Mathematicmodel振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Vol.(V)1stpair2ndpair3rdpairMinMaxMinMaxMinMax1000.050.05560.11390.12660.13460.14962000.10.11110.22780.25320.26910.29913000.150.16670.34180.37990.40370.44874000.20.22220.45560.50640.53820.5982

接觸應(yīng)力

接觸應(yīng)變4.3微轉(zhuǎn)子-固定軸承接觸問(wèn)題研究(Ⅱ)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(Ⅲ)

微尺度效應(yīng)的影響

接觸壓力

接觸應(yīng)力

接觸應(yīng)變Captions:L---Scalefactor;C---Constant;

有限元模型Rotor-to-bearing-hubFEmodel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(Ⅳ)

接觸壓力、應(yīng)力與應(yīng)變

(a)(a)(b)(c)(b)(c)Notes:(a)---VonMisesstress(b)---VonMisesstrain(c)---contactpressureAppliedvoltageU=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(Ⅴ)

摩擦系數(shù)的影響最大VonMises應(yīng)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(Ⅰ)

動(dòng)力學(xué)模型

碰摩力分析微轉(zhuǎn)子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(Ⅱ)

摩擦機(jī)理分析DryfrictionmechanismAdhesionDeformationElasticPlasticRoughsurfaceMultipleasperitiesSingleasperityNumericalFractalStatistical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(Ⅲ)

摩擦模型庫(kù)侖摩擦模型微尺度分形摩擦模型振動(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(Ⅳ)

運(yùn)動(dòng)學(xué)方程

碰摩狀態(tài)

無(wú)碰摩狀態(tài)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(Ⅴ)

無(wú)碰摩狀態(tài)

穩(wěn)定性與分岔行為Routh-Hurwitz判據(jù)

特征方程

碰摩狀態(tài)分岔?xiàng)l件

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(Ⅵ)

穩(wěn)定性與分岔行為分析阻尼-頻率比

摩擦系數(shù)-頻率比

定轉(zhuǎn)子間隙-頻率比

振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室注:(1)穩(wěn)定區(qū)；(2)不穩(wěn)定區(qū)；(3)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(Ⅶ)

非線性動(dòng)力學(xué)行為

轉(zhuǎn)速的影響

4.4微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動(dòng)力學(xué)特性分析(Ⅷ)

偏心量的影響微尺度分形摩擦模型庫(kù)侖摩擦模型振動(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(Ⅷ)

阻尼系數(shù)的影響4.4微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動(dòng)力學(xué)特性分析(Ⅷ)

分形尺度的影響(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(Ⅷ)

尺度長(zhǎng)度的影響振動(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

階梯滑行軸承潤(rùn)滑特性分析

徑向氣體軸承潤(rùn)滑特性分析振動(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(Ⅰ)ForKn<0.001,thecontinuumhypothesisisappropriateandtheflowcanbeanalyzedusingtheNavier-StokesequationsFor0.001<Kn<0.1,rarefactioneffectsstarttoinfluencetheflowBeyondKn=0.1,thecontinuumassumptionoftheNavier-StokesequationsbeginstobreakdownForKn>10,thecontinuumapproachbreaksdowncompletelyandtheregimecanbedescribedasbeingafreemolecularflow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(Ⅱ)階梯型軸襯示意圖靜電微電機(jī)橫截面示意圖

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)室連續(xù)流區(qū)Reynolds方程

高階滑流速度邊界條件滑流速度

修正的Reynolds方程

A.階梯滑行軸承潤(rùn)滑特性分析(Ⅲ)

修正的Reynolds方程振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Non-dimensionalflowrateversustheinverseKnudsennumberA.階梯滑行軸承潤(rùn)滑特性分析(Ⅳ)Non-dimensionalflowrateversustheinverseKnudsennumberundertheeffectsofgasrarefactionandroughness

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(Ⅴ)

壓力分析Bearingnumber=50;X_step=0.4LBearingnumber=10

承載能力Relationbetweenloadcarryingcapacitywithspacing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(Ⅰ)

滑流邊界條件分析一階滑移速度邊界條件

氣體分子運(yùn)動(dòng)示意簡(jiǎn)圖

偏心量0.5~0.9努森數(shù)0.011~0.053(0.01~10)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(Ⅱ)

數(shù)學(xué)模型

微轉(zhuǎn)子-氣體軸承模型

修正Reynolds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(Ⅲ)

數(shù)值計(jì)算分析

壓力分布

承載能力數(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(Ⅳ)

壓力分布

無(wú)滑流情況

有滑流情況B.徑向氣體軸承潤(rùn)滑特性分析(Ⅴ)

偏心量對(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B.徑向氣體軸承潤(rùn)滑特性分析(Ⅵ)

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)估與分析典型失效形式基本失效形式可靠性分析方法4.7電磁薄膜微電機(jī)振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)分析(Ⅰ)2mm與6mm電機(jī)6mm電機(jī)2mm電機(jī)振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家