Luận văn trình bày nghiên cứu tổng quan công nghệ vi cơ điện tử MEMS và các vi mô tơ tịnh tiến, từ đó đề xuất mới một cấu trúc vi mô tơ tịnh tiến kiểu tĩnh điện. Tính toán và mô phỏng để tìm các điều kiện làm việc và các thông số cho vi mô tơ.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ HOÀNG TRUNG KIÊN THIẾT KẾ VI MÔ TƠ TỊNH TIẾN KIỂU TĨNH ĐIỆN DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ VI CƠ ĐIỆN TỬ MEMS Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHỊNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QN SỰ HỒNG TRUNG KIÊN THIẾT KẾ VI MÔ TƠ TỊNH TIẾN KIỂU TĨNH ĐIỆN DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ VI CƠ ĐIỆN TỬ MEMS Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 60520101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2015 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI HỌC VIỆN KỸ THUẬT QN SỰ Cán hướng dẫn chính: TS Trần Quang Dũng Cán hướng dẫn phụ: PGS.TS Phạm Hồng Phúc Cán chấm phản biện 1: PGS.TS Trần Đức Tăng Cán chấm phản biện 2: PGS.TS Trần Đức Tân Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ Ngày 14 tháng 01 năm 2015 Tôi xin cam đoan: Những kết nghiên cứu trình bày luận văn hồn tồn trung thực, tơi, khơng vi phạm điều luật sở hữu trí tuệ pháp luật Việt Nam Nếu sai, tơi hồn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật TÁC GIẢ LUẬN VĂN Hồng Trung Kiên MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Bản cam đoan Mục lục Tóm tắt luận văn Danh mục bảng Danh mục hình vẽ MỞ ĐẨU Chương TỔNG QUAN VỀ MEMS VÀ VI MÔ TƠ TỊNH TIẾN 1.1 Tổng quan công nghệ vi điện tử MEMS .4 1.1.1 MEMS ứng dụng MEMS 1.1.2 Công nghệ chế tạo thiết bị MEMS 1.2 Tổng quan vi mô tơ tịnh tiến .9 1.2.1 Vi mô tơ tịnh tiến kiểu tĩnh điện 10 1.2.2 Vi mô tơ tịnh tiến kiểu điện từ 14 1.2.3 Vi mô tơ tịnh tiến kiểu nhiệt điện .15 1.2.4 Vi mô tơ tịnh tiến kiểu áp điện 16 1.2.5 Vi mơ tơ tịnh tiến kiểu hợp kim nhớ hình SMA 17 1.3 Đánh giá, nhận xét .18 Chương LÝ THUYẾT TĨNH ĐIỆN, ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC 2.1 Lý thuyết tĩnh điện 21 2.1.1 Lực tĩnh điện pháp tuyến 21 2.1.2 Lực tĩnh điện tiếp tuyến 23 2.2 Ứng dụng hiệu ứng tĩnh điện kích hoạt lược 25 2.3 Đề xuất cấu trúc nguyên lý hoạt động .27 2.3 Kết luận .30 Chương TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG VI MƠ TƠ 3.1 Tính tốn chuyển vị .31 3.2 Phân tích lực cho vi mơ tơ .36 3.2.1 Phân tích lực cấu đẩy .36 3.2.2 Phân tích lực cấu kẹp .47 3.3 Mô vi mô tơ 49 3.3.1 Mô kiểm tra chuyển vị .49 3.3.2 Mô kiểm tra độ bền 54 3.3.3 Mơ tìm số dao động riêng 55 3.4 Kết luận .57 Chương THIẾT KẾ QUY TRÌNH CHẾ TẠO VI MƠ TƠ 4.1 Tổng quan công nghệ chế tạo MEMS 58 4.2 Thiết kế quy trình chế tạo vi mô tơ 59 4.2.1 Bản vẽ thiết kế vi mô tơ 59 4.2.2 Thiết lập quy trình chế tạo vi mơ tơ 60 4.3 Kết luận .65 Kết luận .66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 Tóm tắt luận văn: Họ tên học viên: Hoàng Trung Kiên Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Khoá: 25 Cán hướng dẫn 1: TS Trần Quang Dũng Cán hướng dẫn 2: PGS.TS Phạm Hồng Phúc Tên đề tài: Thiết kế vi mô tơ tịnh tiến kiểu tĩnh điện dựa cơng nghệ vi điện tử MEMS Tóm tắt: nghiên cứu tổng quan công nghệ vi điện tử MEMS vi mơ tơ tịnh tiến, từ đề xuất cấu trúc vi mô tơ tịnh tiến kiểu tĩnh điện Tính tốn mơ để tìm điều kiện làm việc thông số cho vi mô tơ DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 So sánh hiệu ứng dẫn động 19 Bảng 3.1 Bảng giá trị chuyển vị tính theo hành trình trượt 34 Bảng 3.2 Bảng số liệu dùng để tính tốn lực 42 Bảng 3.3 Giá trị lực tính theo điện áp dẫn 44 Bảng 3.4 Chuyển vị mô sai số không tải 51 Bảng 3.5 Chuyển vị đầu cần đẩy sai số có tải 54 Bảng 4.1 Tóm tắt quy trình gia cơng vi mô tơ 63 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Vi mơ tơ tịnh tiến kiểu tĩnh điện dạng bước 11 Hình 1.2 Vi mơ tơ tịnh tiến kiểu tĩnh điện dạng trượt 12 Hình 1.3 Vi mô tơ tịnh tiến kiểu tĩnh điện dạng sâu đo 13 Hình 1.4 Vi mơ tơ tịnh tiến kiểu tĩnh điện dạng sâu đo tay dẫn đàn hồi 14 Hình 1.5 Vi mơ tơ tịnh tiến kiểu điện từ 14 Hình 1.6 Vi mơ tơ tịnh tiến kiểu nhiệt điện 16 Hình 1.7 Vi mơ tơ tịnh tiến kiểu áp điện 17 Hình 1.8 Vi mơ tơ tịnh tiến kiểu hợp kim nhớ hình 18 Hình 2.1 Lực tĩnh điện pháp tuyến hai tụ 22 Hình 2.2 Lực tĩnh điện tiếp tuyến hai tụ 24 Hình 2.3 Bộ kích hoạt lược kiểu tĩnh điện 26 Hình 2.4 Sơ đồ tính tốn kích hoạt lược 26 Hình 2.5 Cấu trúc vi mơ tơ tịnh tiến kiểu tĩnh điện 27 Hình 2.6 Góc nghiêng đẩy cần đẩy 28 Hình 2.7 Kết cấu kích thước vi mơ tơ 29 Hình 3.1 Mơ hình phân tích chuyển vị 31 Hình 3.2 Sơ đồ phân tích chuyển vị cấu đẩy làm việc 32 Hình 3.3 Đồ thị quan hệ chuyển vị đẩy hành trình trượt 35 Hình 3.4 Mơ hình phân tích lực cấu đẩy 37 Hình 3.5 Mơ độ cứng cổ đàn hồi ANSYS 39 Hình 3.6 Mơ độ võng thân kích hoạt 40 Hình 3.7 Lược đồ phân tích lực khơng có tải 41 Hình 3.8 Đồ thị quan hệ điện áp dẫn chuyển vị 42 Hình 3.9 Lược đồ phân tích lực có tải 43 Hình 3.10 Đồ thị mối quan hệ tải điện áp dẫn 45 Hình 3.11 Mơ hình phân tích lực chu kỳ hồi vị 46 Hình 3.12 Mơ hình phân tích lực kẹp 48 Hình 3.13 Mơ hình đặt điều kiện biên chưa có tải 50 Hình 3.14 Bảng tham số hóa kết mơ khơng tải 51 Hình 3.15 Mơ hình đặt điều kiện biên có tải 52 Hình 3.16 Bảng tham số hóa kết mơ có tải 53 Hình 3.17 Kết mô kiểm tra độ bền 55 Hình 3.18 Tần số dao động riêng đẩy 56 Hình 3.19 Tần số dao động riêng cần đẩy 56 Hình 4.1 Bản vẽ thiết kế vi mô tơ 59 Hình 4.2 Tóm tắt quy trình chế tạo vi mơ tơ 60 thấy chuyển vị tổng theo phương x đầu cần đẩy có sai số so với tính tốn phương pháp giải tích bảng 3.5 Ta thấy, sai số lớn 2,95% (