和传统的弹簧相比,MEMS微弹簧的结构形式更加多样,使用方式更灵活,但目前还没有对微弹簧的系统的研究和总结,这非常不利于微弹簧的加工和优化[19-21]。因此,非常有必要对微弹簧进行理论研究。81141
石庚辰课题组[22-25](北京理工大学)在微弹簧的设计和加工方面进行了大量的研究并且取得了非常好的成果。李华、石庚辰利用LIGA加工工艺设计并加工了“L”型平面微弹簧,分别利用宏观理论的能量法推导了其弹性弹性系数的公式,并且用有限元模拟验证了计算结果的正确性,同时进行了实际的拉伸实验,得到了与计算结果相吻合的实验结果[26]。相似的,对于镍质W型平面微弹簧的刚度特性,也同时采用了能量法推导、ANSYS仿真计算和实际拉伸实验,得到相一致的结果,对W型平面微弹簧的优化设计和加工有非常有效的理论指导作用。此外,石庚辰课题组还进行了不同形状的平面弹簧的性能比较等大量研究,为MEMS弹簧的其他研究提供了理论参考[27]。论文网
南京理工大学的程健健、聂伟荣等人研究了在占用结构面积相等的情况下C型、S型和W型弹簧的柔度系数比,得出影响因素是弯半径和直梁比大小[28]。上海交通大学微纳米科学技术研究院的陈迪、石磊等人用铜与镍两种材料制备了S型平面微弹簧,由于两种材料的断裂强度和弹性模量不同,得出镍更适合用于制造S型微弹簧的结论,并且对比了ANSYS模拟的结果,发现ANSYS对于平面微弹簧结构的模拟是比较准确的,可以作为优化加工工艺的基础[29]。中国工程物理研究院电子工程研究所的王超、陈光焱、吴嘉丽针对低gn值微惯性开关的对微弹簧的刚度要求的要求,成功研制了平面矩形螺旋线型低刚度弹簧并根据力学的线弹性理论和卡氏定理推导了弹簧的弹性系数的计算公式,经过ANSYS有限元仿真分析对结果进行修正,最终得到的公式可以直接应用于微弹簧的简化设计[30]。