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微夹持器是一类重要的微执行器,广泛应用于微操作、微装配等领域。由于其性能的优劣直接影响到夹持工作的质量和效率,对微夹持器的性能进行分析是MEMS中一个重要的研究领域。本课题将静电驱动的杠杆式微夹持器作为研究对象,分析其基本机械和物理性能,选题具有理论研究意义和实际应用前景。
本课题主要完成了以下研究:
(1)分析了常见驱动方式微夹持器的优缺点和相关应用。
(2)研究了杠杆式微夹持器,分析了其结构的特点,对其进行静力学和运动学特性计算,构建了静电—结构场的解析计算模型。
(3)利用有限元方法对杠杆式微夹持器结构进行了仿真分析。利用ANSYS多场耦合模块,对静电场和结构场进行耦合分析;研究了微夹持器的结构参数和输入变量对输出位移和输出力的影响规律。
(4)制定了微夹持器样品测试方案并对微夹持器的“电压-位移”特性进行测试;将实验结果与理论设计值和仿真值做了比较,验证了解析计算模型的可行性与准确性;并分析了从设计、加工到测试过程中引起理论设计与实际器件性能差异的主要因素。
(5)针对杠杆式微夹持器的不足,设计了双动式微夹持器,并对其进行了结构和力学分析,推导了解析计算公式。
本课题对微夹持器分析与测试的研究方法与结论,可为今后相关的微结构设计分析以及微结构静电场的研究提供参考。