微梁弯曲加载夹持结构优化设计及实验分析
发布时间：2024-05-28 04:45
伴随微机电系统的不断发展,各种材料的微构件被广泛应用于微器件中。微构件的尺寸基本在微纳米级,微构件受各种因素的影响,微尺寸下材料的力学性能将发生非常巨大的变化。如果用相关材料的宏观参数来进行微构件系统的设计,难以保证其相关指标参数及性能。本文以微梁弯曲测试法作为微构件特性测试的基本理论,研制以柔性铰链驱动加载测试装置,以实现检测微梁构件的力学性能参数,为不同材料的微小构件测试提供一种可行的测试手段和力学特性参考。论文设计了一套基于微梁构件弯曲法的加载夹持机构,其中包括加载机构、夹持机构及辅助安装机构,并针对机械设计及性能参数优化进行了相关的研究。主要工作如下几点:1)结合微梁弯曲法的力学性能测试原理和测试系统的性能指标,在整体方案基础上,进行了传感器及驱动器和和辅助机构设计。2)研究了结合柔性片簧的第一级加载机构、结合柔性铰链的微梁加载机构和试件夹持机构的设计方法。研究了柔性片簧机构的刚度计算方法及柔性铰链的刚度计算方法,得到了二级加载机构的结构设计模型,同时将进行数据仿真;分析加载与夹持机构中存在的问题;进而得到最优的两级加载机构的具体尺寸和夹持机构的合适尺寸,最终得到满足本论文所需...
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 研究课题的来源、目的及意义
1.3 国内外研究现状与发展趋势
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.3.3 发展趋势
1.4 主要研究工作与论文内容和结构
1.4.1 主要研究工作
1.4.2 论文章节安排
第二章 微梁弯曲加载夹持测试装置总体方案设计
2.1 引言
2.2 系统性能指标、测试原理分析及总体设计方案
2.2.1 系统设计要求与性能指标
2.2.2 测试原理分析
2.2.3 总体方案设计
2.3 传感器及执行器的选型
2.3.1 压电陶瓷驱动器的选型
2.3.2 直线电机的选型
2.3.3 位移传感器的选型
2.3.4 力传感器的选型
2.4 本章小结
第三章 加载、夹持机构及辅助装置设计与优化
3.1 引言
3.2 有限元分析法简介
3.3 柔性铰链的设计与计算
3.4 加载机构及夹持机构材料选择
3.5 一级片簧式位移缩小加载机构的设计与仿真
3.5.1 底部“几”字梁部分
3.5.2 对称式“Z”字梁部分
3.5.3 横梁与“Z”字型梁推力对比
3.6 二级柔性铰链位移放大加载机构的设计与仿真
3.6.1 柔性铰链特点及用途
3.6.2 柔性铰链机构放大原理
3.6.3 二级机构放大比设置分析
3.6.4 二级柔性铰链结构参数及应力计算
3.6.5 结论
3.7 夹持机构的设计与仿真
3.7.1 夹持机构的理论设计
3.7.2 夹持机构的尺寸参数设计
3.7.3 夹持机构的静力学仿真
3.8 辅助机构设计
3.8.1 压电陶瓷预紧机构设计
3.8.2 光栅读数头固定机构及拉压力传感器固定机构的设计
3.8.3 夹持机构防变形机构设计
3.9 加载机构的优化设计
3.9.1 直圆型柔性铰链的能量分析及计算
3.9.2 柔性铰链加载机构整体能量计算
3.9.3 单因素实验分析和位移损失分析
3.10 加载机构输出力校核
3.11 加载机构优化后的机械结构与仿真
3.11.1 加载机构优化后的机械结构及仿真
3.11.2 微位移加载夹持机构整体机构
3.12 本章小结
第四章 微梁加载夹持机构整体安装及测试实验
4.1 引言
4.2 试件的形状尺寸设计及仿真分析
4.2.1 试件的尺寸设计
4.2.2 试件的仿真
4.2.3 试件的加工
4.3 加载机构一级位移缩小机构输入输出测试
4.4 加载机构二级位移放大结构输入输出测试
4.5 夹持机构的输入输出试验
4.6 微梁弯曲加载夹持机构整体安装步骤
4.7 试件的弯曲加载测试
4.7.1 拉压传感器标定
4.7.2 微梁弯曲夹持测试
4.7.3 试件弯曲试验结果与仿真值对比分析
4.8 测试装置中存在的问题和改进措施
4.9 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 课题总结
5.2 课题展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及学术成果
本文编号：3983508
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 研究课题的来源、目的及意义
1.3 国内外研究现状与发展趋势
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.3.3 发展趋势
1.4 主要研究工作与论文内容和结构
1.4.1 主要研究工作
1.4.2 论文章节安排
第二章 微梁弯曲加载夹持测试装置总体方案设计
2.1 引言
2.2 系统性能指标、测试原理分析及总体设计方案
2.2.1 系统设计要求与性能指标
2.2.2 测试原理分析
2.2.3 总体方案设计
2.3 传感器及执行器的选型
2.3.1 压电陶瓷驱动器的选型
2.3.2 直线电机的选型
2.3.3 位移传感器的选型
2.3.4 力传感器的选型
2.4 本章小结
第三章 加载、夹持机构及辅助装置设计与优化
3.1 引言
3.2 有限元分析法简介
3.3 柔性铰链的设计与计算
3.4 加载机构及夹持机构材料选择
3.5 一级片簧式位移缩小加载机构的设计与仿真
3.5.1 底部“几”字梁部分
3.5.2 对称式“Z”字梁部分
3.5.3 横梁与“Z”字型梁推力对比
3.6 二级柔性铰链位移放大加载机构的设计与仿真
3.6.1 柔性铰链特点及用途
3.6.2 柔性铰链机构放大原理
3.6.3 二级机构放大比设置分析
3.6.4 二级柔性铰链结构参数及应力计算
3.6.5 结论
3.7 夹持机构的设计与仿真
3.7.1 夹持机构的理论设计
3.7.2 夹持机构的尺寸参数设计
3.7.3 夹持机构的静力学仿真
3.8 辅助机构设计
3.8.1 压电陶瓷预紧机构设计
3.8.2 光栅读数头固定机构及拉压力传感器固定机构的设计
3.8.3 夹持机构防变形机构设计
3.9 加载机构的优化设计
3.9.1 直圆型柔性铰链的能量分析及计算
3.9.2 柔性铰链加载机构整体能量计算
3.9.3 单因素实验分析和位移损失分析
3.10 加载机构输出力校核
3.11 加载机构优化后的机械结构与仿真
3.11.1 加载机构优化后的机械结构及仿真
3.11.2 微位移加载夹持机构整体机构
3.12 本章小结
第四章 微梁加载夹持机构整体安装及测试实验
4.1 引言
4.2 试件的形状尺寸设计及仿真分析
4.2.1 试件的尺寸设计
4.2.2 试件的仿真
4.2.3 试件的加工
4.3 加载机构一级位移缩小机构输入输出测试
4.4 加载机构二级位移放大结构输入输出测试
4.5 夹持机构的输入输出试验
4.6 微梁弯曲加载夹持机构整体安装步骤
4.7 试件的弯曲加载测试
4.7.1 拉压传感器标定
4.7.2 微梁弯曲夹持测试
4.7.3 试件弯曲试验结果与仿真值对比分析
4.8 测试装置中存在的问题和改进措施
4.9 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 课题总结
5.2 课题展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及学术成果
本文编号：3983508
本文链接：https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/3983508.html
