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[摘 要]随着我国自动化生产水平的不断提高和快速稳步发展，一种新型的微型机械设备逐渐成为生产中不可缺少的部分之一。微型机械的小型化、低成本化、节约材料等优点已经逐步凸显，对改善生产条件、降低生产成本和提高利润具有深远的意义和影响。本文介绍了微型机械设计的现状、存在问题和研究意义以及微型机械设备设计研究的范畴，为微型机械的设计和实现提供一定的思路。
[关键词]微型机械；机械设计；设计；基础
中图分类号：TH334 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
一、引言
在世界工业快速发展的今天，我国科学技术水平也逐步提高。随着我国提出“中国制造2025”的口号，智能制造和智能生产已经成为我国制造业发展的强力趋势。而大型自动化设备生产技术的使用已经十分成熟，自动化生产线离不开机械设备的支持。为了进一步适应生产，改善生产条件，节约生产成本，微型机械的提出满足了以上需求。微电子机械已经悄然走入了机械领域，通过微机电与微机械的结合，制造出了结构复杂、功能独特的微机电系统。这个系统具有小型、轻便、功能强大、占用空间小、成本较大型机电设备低廉、节约成本等诸多特点。
二、微型机械设计现状
在我国科技水平逐步完善的背景下，我国也在硅微细加工、光刻电铸加工等加工领域有了突飞猛进的发展趋势，已经设计和制造出了很多不同的微型器件，例如微齿轮齿条、行星齿轮机构、微棘轮机构等。与此同时，国外也在微型机械领域中取得了显著的突破。由此可以看出，在我们不懈地努力研究下，已经可以初步解决微型机械系统在设计时的一些基础问题，使微型机械的发展不在那么缓慢。
伴随我国微电子行业的快速发展，集成芯片和集成部件的大量使用也为微型机械设计提供了良好的参考。欲使机械设备小型化，必须先确保机械设备中使用的电气设备也为小型化。这样，微电子行业为微机械化设备的设计制造提供了可行性条件。
随着对微型机电系统不断深入研究，人们已经开始对微型机电系统有了初步地了解。由于对微型机电系统只是初步地了解，所以对微型机电系统研究中很多存在的基础问题仍然没有办法解决，造成了大家只敢看不敢动手操作的现状，即使有人大胆动手操作，微型机电也不能正常运作。分析这一现象出现的原因，是由于我们现在还没有成型的微系统理论知识，致使人们对微观条件下机械系统的运动规律等理论知识不是很了解。对微型机械研究中，只是单纯地凭借经验来进行探讨和研究。
三、微型机械设计基础中存在的问题及研究意义
微型机械的出现，不仅是科技发展的必然结果，也是人们追求事物极限的需求。当一个事物的尺寸小至微米或纳米级时，就需要更先进的科技技术来维持，否则会出现很多新的问题。微型机械中的构建材料与宏观机械的构建材料是不一样，一旦微型机械中的构建材料出现问题，传统的机械理论根本就派不上用场。
微型机械研究发展到现在，我们已经可以制造出很多微型机械的零件，但是，由于现在还没有成型的微系统理论知识，所以要将这些微型机械的零件組合成微型机电系统，并发挥它的功效是十分困难的。现在，在微型机电系统研究中存在许多有关微摩擦学、微热力学等问题，严重影响了微型机械运行的可靠性，甚至导致微型机械严重损坏的现象。
综上所述，因为在微型机械系统的开发中，伴随着一些简单的基础问题，这已经限制了其发展空间和步伐，因此对微型机械系统中的基础问题和理论研究势在必行。当前形势下，微机械设备基础的研究核心有以下3个部分：
1.结合材料物理、材料化学和生物学理论的基础上，逐步摸索和寻求一种高度集成化和高度微型化的新方法，通过对其未知领域的研究与探索，最终实现新技术的开发。
2.在微观的条件下对系统的运动规律和小部件的基础特性和带载后的力学规律进行探寻，并结合材料物理、化学乃至生物学的理论，最终总结出特性和规则，为微型系统的基础理论提供可靠的研究参考。
3.硅材料是先进的半导体应用材料，如果能够实现对硅的较高效率产出，那么对一些应用硅的传感器材料进行高效率的测量与控制，最终实现高密度的测控，那么对微型机械的发展十分有利。这些情况如果能够得到合理地解决，那么微型机械的研究将更上一级台阶，在微型机械系统的发展具有里程碑式的意义。
四、对微型机械设计基础研究的基本范畴
1.微机械设计基础
微机械并不是将传统的机械进行改小，而是根据现代化科学技术运用全新的思路，注重尺度、材料、制作方法、工作原理等方面进行研究设计的微型机械。目前，对微型机械设计研究主要有以下几个方面：第一，微机械与机电系统之间的微机构学；第二，对微型机械材料进行研究；第三，研究微机械摩擦学，分析微机械对机电系统造成的那些损害以及对策解决措施。
2.微机械设计研究分支学科
（1）分支学科之微机构学
微机构学是微机电主要研究内容，微机构学是要求微机械在极小的空间内将传递的能量转化为运动功能，依靠这些运動功能能够实现一套完整的指定动作。因此，在进行微机械设计的时候要综合考虑到其使用的空间较小，对构造零件利用尽可能减少。对于微机构学来说，主要研究以下内容：第一，根据微机械微小化、低能耗的原则以及其集成系统合理组成等方面综合考虑进行研究设计；第二，对微机构以及微机电系统进行对动力学研究以及产生；第三，严格分析研究微机构在制造中产生的误差、构件弹性以及运动摩擦等。
（2）分支学科之材料力学
微机械材料的选择要满足其性能以及纳米加工方法等要求，构件越小则内部材料的缺点就会减少，从而材料的机械强度就会增强，因此，微构件与大构件的选择方面就会存在尺寸差距，为微机构物理量进行重新定义。在微机构物理材料的选取中，材料过硬的前提下，微加工技术也必须满足要求，微加工过程中，一定要将材料性质与物理力学性质相匹配。有时，在宏观下的大构件往往能够满足材料力学的条件，但是一旦在微结构中，有一些力学性质会发生微妙的变化，因此这部分应该引起足够的重视，而避免从大构件不经过度直接应用于微构件中。
（3）分支学科之微摩擦学
微摩擦学主要研究的是尽可能减小机械摩擦，甚至要求机械摩擦系数为0。可以通过在机械表面增加材料或降低摩擦系数等手段，减少摩擦。在微机械运行时，其能源形式局限性较大，因此必须以减小摩擦的手段提高其运行效率，从而节省资源，也能够减少在摩擦时产生的热量对微型机械产生影响。
五、结语
伴随我国科技的快速发展和智能制造和智能生产的提出，微型机械设备必将成为发展中不可或缺的生产设备。微型机械设备所具有的发展前景十分广阔，将会运用于大部分生产中。其体积小、成本低、便于维护、节约成本、生产效率高的优点将适应快速发展的步伐。
参考文献
[1] 莫海军，吴上生，蓝民华，李杞仪等.机械设计教材中几个问题的探讨[J].机械设计与研究，2009（3）.
[2] 李姣，雷竹峰.现代机构学研究综述[J].机械管理开发，2011（6）.
[3] 贾智.微电子机械系统中新型电磁微电机的研究[D].中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所），2003.
[4] 周航驾，彭翔，姜春明，李钊.微型机械设计基础分析[J].科技创新导报，2014（14）.
[关键词]微型机械；机械设计；设计；基础
中图分类号：TH334 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
一、引言
在世界工业快速发展的今天，我国科学技术水平也逐步提高。随着我国提出“中国制造2025”的口号，智能制造和智能生产已经成为我国制造业发展的强力趋势。而大型自动化设备生产技术的使用已经十分成熟，自动化生产线离不开机械设备的支持。为了进一步适应生产，改善生产条件，节约生产成本，微型机械的提出满足了以上需求。微电子机械已经悄然走入了机械领域，通过微机电与微机械的结合，制造出了结构复杂、功能独特的微机电系统。这个系统具有小型、轻便、功能强大、占用空间小、成本较大型机电设备低廉、节约成本等诸多特点。
二、微型机械设计现状
在我国科技水平逐步完善的背景下，我国也在硅微细加工、光刻电铸加工等加工领域有了突飞猛进的发展趋势，已经设计和制造出了很多不同的微型器件，例如微齿轮齿条、行星齿轮机构、微棘轮机构等。与此同时，国外也在微型机械领域中取得了显著的突破。由此可以看出，在我们不懈地努力研究下，已经可以初步解决微型机械系统在设计时的一些基础问题，使微型机械的发展不在那么缓慢。
伴随我国微电子行业的快速发展，集成芯片和集成部件的大量使用也为微型机械设计提供了良好的参考。欲使机械设备小型化，必须先确保机械设备中使用的电气设备也为小型化。这样，微电子行业为微机械化设备的设计制造提供了可行性条件。
随着对微型机电系统不断深入研究，人们已经开始对微型机电系统有了初步地了解。由于对微型机电系统只是初步地了解，所以对微型机电系统研究中很多存在的基础问题仍然没有办法解决，造成了大家只敢看不敢动手操作的现状，即使有人大胆动手操作，微型机电也不能正常运作。分析这一现象出现的原因，是由于我们现在还没有成型的微系统理论知识，致使人们对微观条件下机械系统的运动规律等理论知识不是很了解。对微型机械研究中，只是单纯地凭借经验来进行探讨和研究。
三、微型机械设计基础中存在的问题及研究意义
微型机械的出现，不仅是科技发展的必然结果，也是人们追求事物极限的需求。当一个事物的尺寸小至微米或纳米级时，就需要更先进的科技技术来维持，否则会出现很多新的问题。微型机械中的构建材料与宏观机械的构建材料是不一样，一旦微型机械中的构建材料出现问题，传统的机械理论根本就派不上用场。
微型机械研究发展到现在，我们已经可以制造出很多微型机械的零件，但是，由于现在还没有成型的微系统理论知识，所以要将这些微型机械的零件組合成微型机电系统，并发挥它的功效是十分困难的。现在，在微型机电系统研究中存在许多有关微摩擦学、微热力学等问题，严重影响了微型机械运行的可靠性，甚至导致微型机械严重损坏的现象。
综上所述，因为在微型机械系统的开发中，伴随着一些简单的基础问题，这已经限制了其发展空间和步伐，因此对微型机械系统中的基础问题和理论研究势在必行。当前形势下，微机械设备基础的研究核心有以下3个部分：
1.结合材料物理、材料化学和生物学理论的基础上，逐步摸索和寻求一种高度集成化和高度微型化的新方法，通过对其未知领域的研究与探索，最终实现新技术的开发。
2.在微观的条件下对系统的运动规律和小部件的基础特性和带载后的力学规律进行探寻，并结合材料物理、化学乃至生物学的理论，最终总结出特性和规则，为微型系统的基础理论提供可靠的研究参考。
3.硅材料是先进的半导体应用材料，如果能够实现对硅的较高效率产出，那么对一些应用硅的传感器材料进行高效率的测量与控制，最终实现高密度的测控，那么对微型机械的发展十分有利。这些情况如果能够得到合理地解决，那么微型机械的研究将更上一级台阶，在微型机械系统的发展具有里程碑式的意义。
四、对微型机械设计基础研究的基本范畴
1.微机械设计基础
微机械并不是将传统的机械进行改小，而是根据现代化科学技术运用全新的思路，注重尺度、材料、制作方法、工作原理等方面进行研究设计的微型机械。目前，对微型机械设计研究主要有以下几个方面：第一，微机械与机电系统之间的微机构学；第二，对微型机械材料进行研究；第三，研究微机械摩擦学，分析微机械对机电系统造成的那些损害以及对策解决措施。
2.微机械设计研究分支学科
（1）分支学科之微机构学
微机构学是微机电主要研究内容，微机构学是要求微机械在极小的空间内将传递的能量转化为运动功能，依靠这些运動功能能够实现一套完整的指定动作。因此，在进行微机械设计的时候要综合考虑到其使用的空间较小，对构造零件利用尽可能减少。对于微机构学来说，主要研究以下内容：第一，根据微机械微小化、低能耗的原则以及其集成系统合理组成等方面综合考虑进行研究设计；第二，对微机构以及微机电系统进行对动力学研究以及产生；第三，严格分析研究微机构在制造中产生的误差、构件弹性以及运动摩擦等。
（2）分支学科之材料力学
微机械材料的选择要满足其性能以及纳米加工方法等要求，构件越小则内部材料的缺点就会减少，从而材料的机械强度就会增强，因此，微构件与大构件的选择方面就会存在尺寸差距，为微机构物理量进行重新定义。在微机构物理材料的选取中，材料过硬的前提下，微加工技术也必须满足要求，微加工过程中，一定要将材料性质与物理力学性质相匹配。有时，在宏观下的大构件往往能够满足材料力学的条件，但是一旦在微结构中，有一些力学性质会发生微妙的变化，因此这部分应该引起足够的重视，而避免从大构件不经过度直接应用于微构件中。
（3）分支学科之微摩擦学
微摩擦学主要研究的是尽可能减小机械摩擦，甚至要求机械摩擦系数为0。可以通过在机械表面增加材料或降低摩擦系数等手段，减少摩擦。在微机械运行时，其能源形式局限性较大，因此必须以减小摩擦的手段提高其运行效率，从而节省资源，也能够减少在摩擦时产生的热量对微型机械产生影响。
五、结语
伴随我国科技的快速发展和智能制造和智能生产的提出，微型机械设备必将成为发展中不可或缺的生产设备。微型机械设备所具有的发展前景十分广阔，将会运用于大部分生产中。其体积小、成本低、便于维护、节约成本、生产效率高的优点将适应快速发展的步伐。
参考文献
[1] 莫海军，吴上生，蓝民华，李杞仪等.机械设计教材中几个问题的探讨[J].机械设计与研究，2009（3）.
[2] 李姣，雷竹峰.现代机构学研究综述[J].机械管理开发，2011（6）.
[3] 贾智.微电子机械系统中新型电磁微电机的研究[D].中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所），2003.
[4] 周航驾，彭翔，姜春明，李钊.微型机械设计基础分析[J].科技创新导报，2014（14）.