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机械设计论文

2017-11-22 17:13:39  字体:   打印 收藏 

摘 要:微型机械设计基础研究 摘 要:针对微型机电系统发展过程中存在的总理2,论述了开展微型机械设计基础研究的意义和必要性,并且总结出微型机械研究中关于微机械设计基础研究的范畴和特点,提出了目前迫切需要开展的一些主要研究方向。 推荐期刊:《机械工程学

关键词:机械设计论文


  微型机械设计基础研究

  摘 要:针对微型机电系统发展过程中存在的总理2,论述了开展微型机械设计基础研究的意义和必要性,并且总结出微型机械研究中关于微机械设计基础研究的范畴和特点,提出了目前迫切需要开展的一些主要研究方向。

  推荐期刊:《机械工程学报》

  1微型机械设计基础研究的背景介绍

  微型机械主要是指机械结构尺寸范围在毫米或微米以下,结构中包括了传统机械中的机构、传感、驱动、工作和控制等构件,所有构件均微小到毫米级、微米级以下而设计、制造成的机械设备,也称为微型机电系统(MEMS)。我国在近十年来,紧跟世界微型机械的先进技术,在微型机械领域取得了不少的进步。已研发了并能制造出诸如微型齿轮、微型电泵、微型马达等部件。随着微型机械与电子技术的紧密结合,以及微型机械在各领域的应用越来越广泛,微型机械的发展已不仅仅是单纯的缩小机械的尺寸和体积,现在它更多的是与其它领域的技术特别是电子技术相结合,成为了一门新的学科和新兴行业,并已初步形成了批量化生产,可以说微型机械行业正在给世界传统工业带来革命性的变化。

  2微型机械设计基础研究发展的现状

  微型机械概念最早是由美国科学家于1959年提出,并讯速得到发展。美国在1962年,制造出微型压力传感器,后续陆续制造出50~500μm的微型齿轮、联接件等微型机械。87年研制出转子直径为60~12μm的微型静电机,日欧等国也积极跟进,取得了许多进展。微型机械在国外已发展了几十年,并受到政府部门、企业、学校与科研机构等高度重视。美、法、英、日等国纷纷制定了本国微型机械行业的发展计划。我国微型机械行业的发展较欧美晚,但也受到了国家的高度重视,在相关部门的引导下,一直在积极跟踪国外的先进微型机械技术,同时也积极开展MEMS的研究,并取得了以下一些研究成果。如微型机器人的研究,已研制出一二维联动驱动器,位移范围可以达到10μ m×10μ m;位移分辨率为0.01μ m,以及直径为φ3mm压电电机等一批微型机械成果。但与国际先进国家相比,我国微型机电行业发展还缺乏系统性研究,科研力量还比较薄弱,允其是设计基础理论方面还只是照搬和借鉴外国科研经验,还没有做到自主创新。

  3微型机械设计基础研究发展的意义

  微型机械自问世以来,其应用领域就非常广阔,它可以完成许多以前传统机械设备不可能完成的工作,甚至许多人类以前认为不可能的事情,通过微型机械的应用都可以变为现实。如,以前医生无法在微细血管里做缝合手术,现在已经通过微型机械变成了现实。原来无法模仿蚊子进行侦察的技术,现在已在军事侦察中得到应用等。随着与电子技术相融合,未来微型机械将会功能越来越多,种类越来越丰富。如果能够批量生产,成本大辐下降,微型机械必将广泛地应用于更多领域。虽然微型机械设计基础研究才刚刚起步,发展也不成熟,但它已显示了其十分诱人的前景,其在工农业、信息、生物、环保、医疗、考古、军事等众多领域存在着非常大的潜在应用空间。据统计,现在全球微型机电行业规模已达到每年50亿美元,预计到2020年,将达到400亿美元。面对如此巨大的市场和发展前景,加大微型机械设计基础研究的投入意义非常重大。

  4微型机械设计基础研究发展的必要性

  4.1社会发展的需要

  随着社会的发展,人们发现传统的机械存在着许多问题,如体积大,能耗高、噪声大、无法在微小环境中作业,无法加工微小物体等等。为此人们开始不继缩小机械的体积,但当传统机械缩小到一定尺寸级别时,就无法再用传统的机械行业方式进行设计制造了。在这种需求下,微型机械的诞生便取代了传统意义上的机械。它能够缩小体积、减小噪声污染、节省能耗,更能到微小环境中作业,达到了人们对机械设备在微小环境中所需要的作用,其设计基础、设计理论、制造工艺等都与传统机械有了较大差异。随着社会的发展,微型机械正在向更微、更少,微电相结合方向发展,以满足人们生产生活更多的需求。

  4.2科技进步的需要

  微型机械行业的发展离不开科技进步,同时各领域的科学进步也需要微型机械的发展。微型机械的应用极大的促进了一些行业的科技进步。如微型机械可以在微米级或纳米级时工作,在军事中可以起到侦察作用,提高了侦察科技方面的技术进步。再比如医学方面,微型钳的使用,使医疗技术的发展取胜得很大的进步。微型电机的使用,加快了微型机器人领域的发展和应用等等。微型机械现在已不仅仅是将传统机械直接微型化,它已经远远超出了传统机械的概念和范畴。它的发展更是带动着相关领域的发展和科技学平的进步,所以微型机械设计基础研究发展非常重要,它已与其它行业的发展密切相联,相互补充、相互促进。

  5总结

  随着微型机械设计基础研究的深入,以及电子技术等各学科技术的发展,微型机械的发展将向多学科、多领域互相密切结合方向发展。微型机械这门新兴前沿学科也必将在人类的生活中起到越来越重要的地位。相信不久的将来,微型机械行业必将获得高速发展和广泛应用,成为世界最重要的新兴行业之一。我国的微型机械设计基础研究,不但要紧跟世界先进技术,而且需要国家动员包括社会力量在内的各方力量,积极制定行业发展规划,大力扶持科研机构,从国家战略的高度重视微型机械行业的发展,使我国在未来能够成为微型机械领域的科技强国,也使我国未来的发展微型机械能够占领先机。

  参考文献:

  [1]王翔现代制造科学与微型机械技术[J].现代机械.1999(1)

  [2]杨友文,王建华MEMS技术现状及应用[J].微纳电子技术2003(3)

  作者简介:仝中华(1962-),男,汉,山西广灵人,工程师,主要进行机械设计方面的研究。

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