L ỜI CẢM ƠN
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
4.3 Điều kiện đảm bảo an toàn cho vi chấp hành chữ V
Theo các kết quả khảo sát ở trên, các điện áp tới hạn ứng với điều kiện ổn định cơ
(Um) và ổn định nhiệt (Un) đều chịu ảnh hưởng của các thông sốkích thước dầm như
0E+0 1E+4 2E+4 3E+4 4E+4 5E+4 2 3 4 5 6 7 8 9 10 L ực Nb và P cr (µN) Chiều rộng dầm w (µm) Nb Pcr
96 chiều dài và chiều rộng. Khi so sánh tại cùng một bộkích thước L/w và w có thể xảy
ra ba trường hợp như sau:
Um > Un, mất ổn định nhiệt xảy ra trước mất ổn định cơ;
Um = Un, mất ổn định cơ và nhiệt xảy ra đồng thời;
Um < Un, mất ổn định cơ xảy ra trước mất ổn định nhiệt.
Xét trong trường hợp bộ vi chấp hành làm việc với tải lớn, điện áp dẫn có thểtăng và vượt qua các giá trị giới hạn Um hoặc Un. Khi điện áp dẫn vượt qua giá trị Un thì vi chấp hành có thể bị cháy hoặc hỏng và không thể sử dụng lại. Còn trong trường hợp điện áp dẫn lớn hơn điện áp Umnhưng vẫn nhỏhơn Un thì dầm chỉ bị uốn do mất
ổn định dọc và có thể sử dụng lại khi giảm điện áp. Rõ ràng là bộ chấp hành chữ V sẽđược đảm bảo an toàn khi điện áp giới hạn theo điều kiện ổn định cơ phải nhỏhơn điện áp giới hạn theo điều kiện bền nhiệt. Do đó, khi thiết kế vi chấp hành chữ V kích
thước dầm nên được chọn theo điều kiện Um < Un.
Để làm rõ mối quan hệ giữa hai điện áp giới hạn Um và Un, các đồ thị thể hiện sự thay đổi của các điện áp này theo tỉ sốL/w tại một số chiều rộng dầm đại diện được biểu diễn như trên Hình 4.15 (xét tại góc nghiêng dầm θ = 20).
Hình 4.15 So sánh các điện áp Um và Un theo tỉ số L/w
µm
µm
µm
97 Xét trong khoảng chiều rộng dầm w từ4µm đến 7µm như trên, nói chung điện áp
Umlớn hơn Un khi tỉ sốL/w nhỏhơn 100 và điện áp Umnhỏhơn Un khi tỉ sốL/w lớn
hơn 125. Trong trường hợp này, nếu ta chọn tỉ sốL/w lớn hơn 125 sẽluôn đảm bảo
điều kiện an toàn cho thiết bị. Theo đồ thị, điện áp Umvà Unbằng nhau tại một số giá trị của tỉ số(L/w)cr và wcr, và các giá trịkích thước này được gọi là các kích thước tới hạn của dầm theo điều kiện đảm bảo an toàn cho bộ vi chấp hành chữ V.
Các giá trị kích thước tới hạn (L/w)cr và wcr có thể được xác định bằng cách lấy giao của hai mặt cong Um(L/w, w) và Un(L/w, w)đã được biểu diễn trên Hình 4.5 và Hình 4.14. Mối quan hệ giữa tỉ số giới hạn (L/w)cr với chiều rộng wcr đồng thời là
đường biên xác định miền kích thước đảm bảo điều kiện làm việc an toàn cho vi chấp hành chữ V được biểu diễn như trên Hình 4.16.
Hình 4.16 Vùng kích thước đảm bảo an toàn cho bộ chấp hành chữ V
Ví dụ, xét hai bộ vi chấp hành chữ V cùng góc nghiêng dầm θ = 20 với chiều dài dầm L, chiều rộng dầm wđược cho như sau:
L1 = 750µm, w1 = 6µm, theo đồ thị Hình 4.16 với w = 6µm thì tỉ sốkích thước giới hạn (L/w)cr= 105,3 nhỏ hơn tỉ số L1/w1 = 125, như vậy bộkích thước này đảm bảo
điều kiện an toàn (Umnhỏhơn Un).
L2 = 450µm, w2= 4µm, theo đồ thị Hình 4.16 với w = 4µm thì tỉ sốkích thước giới hạn (L/w)cr =122,5 lớn hơn tỉ sốL2/w2 = 112,5, trong trường hợp này Um lớn hơn Un
nên bộkích thước L2 và w2sẽkhông đảm bảo điều kiện an toàn nhiệt.
Như vậy có thể dùng đồ thị trên để lựa chọn chiều dài dầm theo chiều rộng dầm
đảm bảo điều kiện an toàn cho bộ vi chấp hành thông qua tỉ sốkích thước L/w. Đây
là một kết quả có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế các thiết bị sử dụng bộ vi chấp hành chữ V nhằm tránh hiện tượng dầm bị hỏng (do biến dạng dẻo hoặc cháy) trong quá trình làm việc. (4; 112,5) (6; 125) 70 80 90 100 110 120 130 140 3 4 5 6 7 8 9 10 Tỉ số kí ch thước L /w Chiều rộng dầmw (μm) Miền Um> Un Miền Um< Un
98