ANSYS电磁驱动保持的加速度开关MEMS机构设计(3)
时间:2018-04-08 23:30 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
（2）系统总体初步叙述，如功能性、原理概念图、设计模块分类、系统总体初步分析。 （3）完成本机构两大部件的初步设计：“弹性体”部件由任务目标借由材料力学完成静态理论分析，得出静态理论尺寸，同时运用ANASYS软件进行动态仿真，仿真结果与理论值进行对比优化，以及能够抗窄脉冲干扰；“永磁吸附”部件借由参考书籍，引用相关成熟经验公式，完成永磁体几何尺寸理论设计、所充磁能的参数定量。 （4）上述两大部件的整体结构匹配分析：由工作时的位移曲线与窄脉冲干扰时的位移曲线，确定出触头与永磁体之间合理的距离；对弹性体触头进行优化，以保证接触可靠性、闭锁性。 （5）上述两步综合考虑，对系统整体进行优化：重复上述两步直至整体结构满足任务目标。 （6）完成整体结构设计。完成二文、三文图纸绘制。 2开关结构总体概述 2.1功能综述 加速度开关是感受冲击加速度并执行相关输出信号的一种惯性器件，而MEMS是关键的特征几何尺寸介于亚微米与亚毫米之间，能够独立完成机电光等功能的系统[15]。由于引信设计受限于空间尺寸，MEMES加速度开关在引信中具有广泛地运用，为了满足大中型口径机电引信发射时的加速度载荷特性，拟采用金属镍制作一种能承受单脉冲近似半正弦的惯性载荷，在工作载荷作用下弹性梁在屈服极限内发生弹性变形至端点触头与另一极（永磁体）接触，由于金属镍是一种导磁材料，因此可以在触头接触的一定距离内通过永磁体与金属镍产生磁吸引力，文持开关一直处于可靠稳定接触状态。 2.2工作原理 由于开关系统是弹性梁发生弹性弯曲变形至接通开关，此弹性系统为典型的“弹簧-质量-阻尼”二阶系统，运用牛顿第二运动定律得： 式中：m为弹性梁的质量；c为空气阻尼的阻尼系数；k为弹性体刚度系数；F为惯性力； 为惯性加速度。  图 2.1 MEMS加速度开关的结构示意图 由于此MEMS加速度开关属于脉冲加速度型，作用时间只有3ms，时间很短，而且干扰脉冲信号作用时间只有0.2ms，所以要求此“弹簧-质量-阻尼”系统响应频率很高。而且要能滤掉干扰信号的影响，需要保证合理的弹性体刚度、适当的质量块质量，弹性体设计是本文的第一部分。 此开关机构主要由顶盖、弹性体、弹性体支座、底座和永磁体部分组成。弹性体材料为导磁又导电的金属镍，而底座上的永磁体也可采用镍为基的永磁材料。这两者既是功能部件，分别完成加速度感应与永磁吸附功能，同时也是开关的两个接线端，直接构成开关的两个极，则需要可靠的接触。触点研究是本文的第二部分。 在发射过载的环境下，弹性体感受惯性加速度，发生弯曲变形，此时梁可以近似为简支梁进行初步分析，运用梁的顶端挠度最大的性质，设定为变形挠度最大处为开关触点，当触点接近永磁体有效作用距离内，磁力大于梁所产生的回复弹力，随着距离的接近磁力越来越大，直至开关的两极闭合，磁力使开关的两极可靠有效地吸附在一起，保证开关的有效闭合。上述两大部分分别为弹性体部件与永磁吸附部件，具体参数将在后文详述。 (责任编辑：qin) |