slide vi cơ điện tử thiết kế hệ thống vi động cơ quay tĩnh điện
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.09 MB, 45 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
BÁO CÁO
THIẾT KẾ HỆ THỐNG VI CƠ ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VI ĐỘNG CƠ QUAY KIỂU TĨNH ĐIỆN
Giảng viên hướng dẫn :
PGS.TS Phạm Hồng Phúc
Nhóm 4
12/13/16
1
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
Danh sách các thành viên
MSSV
Đánh giá công việc
Nguyễn Văn Hoàng (NT)
20131625
100%
Hồ Thanh Nhân
20132844
90%
Tên
Dương Xuân Thủy
90%
Nguyễn Quốc Cường
20130523
80%
Nguyễn Văn Thành
20133543
90%
Phạm Văn Hải
20115109
80%
Nguyễn Văn Hoàng
20131624
90%
20132431
80%
Nguyễn Tiến Lộc
12/13/16
2
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
NỘI DUNG BÁO CÁO
1.
Tổng quan về MEMS
1.1
Tình hình phát triển.
1.2 Lý do chọn đề tài.
1.3 Một số phương án thiết kế đã có.
2.
Lý thuyết tĩnh điện và đề xuất thiết kế.
2.1 Lý thuyết về tĩnh điện.
2.2
3.
4.
5.
12/13/16
Đề xuất thiết kế mới.
Tính toán và mô phỏng cho cấu trúc mới
Quy trình chế tạo sản phẩm
Kết luận.
3
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
1.Tổng quan về MEMS
12/13/16
4
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
1.1 Tình hình phát triển
Khái niệm về vi cơ điện tử - MEMS
Hệ thống vi cơ điện tử-MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) là hệ thống tích hợp các phần tử cơ khí, cảm
biến, bộ kích hoạt và các cấu kiện điện tử, đượcsản xuất bằng công nghệ micro
12/13/16
5
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
1.1 Tình hình phát triển
Phân loại
SENSOR LỰC
ACTUATOR NHIỆT
ACTUATOR ÁP
SENSOR VẬN TỐC
SENSOR
ACTUATOR
SENSOR GIA TỐC
ACTUATOR TĨNH
ĐIỆN
ACTUATOR NHIỆT
SENSOR NHIỆT
12/13/16
ĐIỆN
ĐIỆN
6
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
1.1 Tình hình phát triển
Ứng dụng
ỨNG DỤNG CỦA
MEMS
12/13/16
7
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
1.1 Tình hình phát triển
Giới thiệu về vi động cơ
Phân loại
Vi động cơ quay
Vi động cơ tịnh tiến
Hình 1.3 Phân loại vi động cơ theo tính chất chuyển động
12/13/16
8
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
1.1 Tình hình phát triển
ĐIỆN TỪ
ÁP ĐIỆN
SMA
VI ĐỘNG CƠ
TĨNH ĐIỆN
NHIỆT ĐIỆN
HIỆU ỨNG KHÁC
Hình 1.4 Phân loại các vi động cơ theo hiệu ứng dẫn động
12/13/16
9
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
1.2 Lý do chọn đề tài.
Vi động cơ quay kiểu tĩnh điện rất phổ biến và sử dụng hiệu quả cho việc truyền chuyển động.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của vi động cơ quay kiểu tĩnh điện đơn giản.
Có nhiều tài liệu, bài báo, luận văn viết về vi động cơ quay tĩnh điện.
12/13/16
10
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
1.3 Một số phương án thiết kế đã có
Microsystem Technologies
Reliability of a MEMS Torsional Ratcheting Actuator.(Danelle M. 2001)
Micro- and Nanosystems InformationStorage and Processing Systems- Phuc Hong Pham • Dzun
Viet Dao (2013)
12/13/16
11
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
1.3 Một số phương án thiết kế đã có
Ưu điểm:
Kết cấu và nguyên lý làm việc đơn giản
Điều khiển dễ dàng
Truyền chuyển động tốt, hiệu suất cao.
Tiêu tốn ít năng lượng
Nhược điểm:
12/13/16
12
Cơ cấu chống đảo khó chế tao.
Tạo lực ma sát giữa cơ cấu với nền
Điện áp dẫn cao.
Công suất dẫn động nhỏ, dễ trượt ở tốc độ cao.
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
2. Lý thuyết tĩnh điện
và đề xuất thiết kế.
12/13/16
13
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
2.1 Lý thuyết về tĩnh điện
2.1.Lực pháp tuyến trên bản cực
A.ε .ε 0
C=
x
Qc = C ( x).V
1
Ec = .C ( x ).V 2
2
Hình 2.1. Lực điện từ pháp tuyến trên điện cực
12/13/16
14
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
2.1 Lý thuyết về tĩnh điện
2.2.Lực tiếp tuyến trên bản cực
C=
A.ε .ε 0 h. y.ε .ε 0
=
g0
g0
Qc = C ( y ).V
y
12/13/16
15
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
2.1 Lý thuyết về tĩnh điện
2.3.Actuator tĩnh điện kiểu răng lược
Hình 2.3: Độ dịch chuyển của bộ kích hoạt răng lược theo chiều song song
độ dịch chuyển cân bằng của bản điện cực di chuyển là:
12/13/16
16
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
2.2 Đề xuất thiết kế mới
2.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
5
4
1
2
3
1. Điện cực cố định
2. Dầm
3. Cơ cấu chống đảo chiều
4. Cơ cấu truyền chuyển động
5. Vành răng ngoài
Hình 2.4 Cấu tạo vi động cơ quay
12/13/16
17
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
3. Tính toán và mô phỏng
12/13/16
18
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
3. Tính toán và mô phỏng
Vành răng cóc
3.1.Tính toán thiết kế
Số răng: 345
1100
α=30
Hình 3.1: vành răng cóc
12/13/16
19
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
3. Tính toán và mô phỏng
Dầm dẫn động
2
80
3
80
22
10
4
Số răng lược di động: n=55
2
Hình 3.2: cơ cấu dẫn động
12/13/16
20
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
3. Tính toán và mô phỏng
Cơ cấu chống đảo
Răng lược cố định
2
2
Hình 3.3: cơ cấu chống đảo
12/13/16
Hình 3.4: Răng lược cố định
21
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
3. Tính toán và mô phỏng
3.2
Phân tích lực và mô phỏng.
3.2.1 Lực trong kì dẫn động.
Hình 3.3 Lực trong kì dẫn động
3. Tính toán và mô phỏng
3.2.1 Lực trong kì dẫn động
Các lực được xác định:
Với:
n=55
là số răng lược di động trên 1 dầm
b=30 m là độ dày của răng lược.
g=2 m
là khe hở giữa 2 răng lược.
fm = 0.3 là hệ số ma sắt của silic với nền m1,m3 là khối lượng của các cơ cấu
G là gia tốc trọng trường
i = 1, 2,… số bước răng dịch chuyển.
p = 10 µm là bước răng cóc
=2 m là khe hở chế tạo
3. Tính toán và mô phỏng
3.2.1 Lực trong kì dẫn động
kp
được tính qua mô phỏng.
1
kp =
= 3.85µ N / µ m
0.26
Hình 3.4 Mô phỏng độ cứng cổ dầm mang các răng lược tĩnh điện
12/13/16
24
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
3. Tính toán và mô phỏng
3.2.1 Lực trong kì dẫn động
k p 2 được tính qua mô phỏng.
k p2
5
=
= 5.74 µ N / µ m
0.871
Hình 3.4 Mô phỏng độ cứng cổ dầm và lò xo cơ cấu răng cóc dẫn
12/13/16
25
Thiết kế hệ thống vi cơ điện tử
