电热微夹钳的热效应分析和数值模拟

介绍了一种新型多晶硅电热微夹钳,该夹钳在V形电热微驱动器的作用下,能够产生近似线性的位移和产生较大的夹持力。在全面考虑了空气对流、辐射、热传导及材料特性等各种因素的情况下,建立了该电热微夹钳的有限元模型,利用该模型分别进行了稳态和瞬态的仿真分析,模拟出输出位移和温度场随电压的变化情况,以及电热微夹钳的热响应时间。对仿真的结果进行了讨论。

具有三层结构的SU-8胶V形微电热驱动器

为解决SU-8胶微电热驱动器在工作过程中存在平面外运动的问题,提出了一种具有铜-SU-8胶-铜三层对称结构的新型SU-8胶V形微电热驱动器。采用刚度矩阵方法建立了包含被驱动结构刚度的微电热驱动器力学模型,并针对一种柔性微夹钳,利用该模型对微电热驱动器进行了几何参数设计。利用Ansys仿真软件对所设计微驱动器进行了分析,仿真结果验证了所建模型的合理性。提出了一种新的MEMS加工工艺来制作三层结构微电热驱动器,并测试了它的性能。结果表明,实验结果与仿真结果相差不大,在150mV驱动电压下,所设计微驱动器温度仅升高约32.93°C,并对微夹钳产生约2.5μm的输入位移,使微夹钳产生126μm的钳口距离改变量。微驱动器仅消耗大约30.35mW的功率,钳口的平面外运动小于500nm。最后,利用微电热驱动器驱动的微夹钳成功地对一个长1.2mm,宽135μm,厚50μm的SU-8胶材料微型零件进行了微操作实验,实验证明了微驱动器实际性能基本满足设计要求。

基于柔性铰链的热驱动微夹钳的实验和仿真分析

微执行器在整个微机电系统中直接面对其应用对象,需要满足定位精度高,稳定性好,响应速度快,控制方便的要求.柔性铰链以其特殊的性能广泛应用于操作执行器的设计应用中.以一种基于柔性铰链的电热驱动微夹钳为研究对象,通过实验和ANSYS有限元仿真分析对微夹钳的机械性能进行了分析,发现微夹钳端部的输出位移与输入电压基本呈线形关系.通过仿真分析探讨了柔性铰链结构尺寸变化对微夹钳性能的的影响.

柔性微夹钳的拓扑优化设计及制作工艺

根据连续体结构拓扑优化技术,采用基于SIMP插值模型的变密度法,以最大输出位移为目标设计了一种新型柔性微夹钳的结构,这种钳体结构新颖,拓扑构型为钳口常闭型,依靠钳体自身回程反力夹持物体,能量消耗少,而且钳口张开范围大,通用性好。文中具体阐述了拓扑优化的设计过程,并对设计结果进行了几何重构,同时对整体电热驱动微夹钳进行了有限元分析,仿真结果验证了设计结果。根据设计结果,采用UV-LIGA技术制作了电热驱动微夹钳。