基于尺度效应的齿轮系统运行性能研究

以一对微小齿轮啮合机构为研究对象,结合微观塑性理论和有限元计算方法,建立了基于尺度效应的弹塑性有限元计算格式,并基于ANSYS的UPFs开发功能编制了计算程序,以多晶铜微压痕硬度测试实验验证了有限元计算程序的准确性。应用所开发的基于尺度效应的有限元计算程序,考虑了表面微凸体的尺度效应,并结合子结构凝聚法研究了微小齿轮由于制造误差引起的表面微细几何特征(毛刺、粗糙度)对微小齿轮机构的运行性能的影响,提高了计算效率及仿真预测的精度,并为机械痕迹失效分析提供了参考依据。     

微小型齿轮加工技术

微小型齿轮是微机电系统的主要零部件,其加工工艺是微机电系统的重要技术.总结并分析了微小型齿轮加工的各种工艺方法,包括LIGA和准LIGA、WEDM工艺、微塑性成形、微刻蚀加工、微细切削加工等方法,介绍了各种方法加工微小型齿轮的研究成果,并指出了其适用范围及优缺点.微细切削微小型齿轮的加工技术又分为微细成形铣削和微细滚削...     

微型齿轮研制中微细加工技术的应用研究

本文研究了在紫外光光刻条件下用微细加工方法研制微型齿轮的加工工艺，对加工过程进行了分析，加工水平已达到准ＬＩＧＡ水平。     

尺寸与表面效应及其对微齿轮强度的影响

由于特征尺寸很小,微齿轮具有明显的表面效应和小尺寸效应,而这两种效应对微齿轮强度均有重要影响.简单介绍国内外用LIGA(Lithographie,Galvanoformung,Abformung)、微细电火花等技术和方法制作的典型的微齿轮器件;从塑性应变梯度理论出发,用近年来的一些实验结果说明金属材料在微米尺度具有明显的尺寸效应;分析微构件的表面效应及产生表面效应的分子间作用力;分析尺寸效应和表面效应对微齿轮齿根强度、齿面接触及齿面摩擦的影响.     

微机械传动技术概述

微型机电系统产生的背景及其研究意义,列表对比了微电机主要类型和特点,介绍了微传动系统的研究现状和新出现的微型谐波齿轮传动形式,最后推导出行星式波发生器微型谐波齿轮传动比计算公式。     

微挤压成形工艺仿真建模与分析

微细成形是一种绿色、节能的新型加工方法，但是由于微细成形的特殊加工条件和状态，传统的加工方法已经不能直接应用到该领域。针对重要的微挤压成形工艺特点，分析了特征尺度效应和晶粒尺度效应对微挤压材料成形性能的影响，引入尺度效应影响的刚塑性材料本构模型，利用ABAQUS／Explicit软件建立FEM（finite elementmethod）模型对微细挤压工艺进行了数值分析。通过工艺仿真分析，揭示了各工艺参数对微细挤压工艺的影响，为微细挤压工艺设计与相应的模具设计提供了可靠的理论指导。     

铁磁橡胶执行器与微型游泳机器人的尺度效应

对铁磁橡胶在外磁场作用下所产生的驱动力与特征尺寸的关系进行了分析,并研究了采用铁磁橡胶执行器驱动微型游泳机器人的原理与方法.尺度效应分析表明,将FMP微机器人从cm级尺寸减小到mm级尺寸是可行的.这一结果为进一步研制进入人体血管的微机器人奠定了理论基础.     

分子动力学在微/纳尺度接触问题上的应用

在广泛阅读国内外文献基础上,叙述了分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟法的基本思想和步骤,对MD法在微/纳尺度接触问题的应用进行了综述.最后,指出MD法在研究微/纳尺度接触问题的局限性,提出一种更为精确的研究微/纳尺度接触问题的方法——多尺度耦合法.     

微型齿轮精密微塑性成形工艺研究

为了进行微塑性成形工艺研究,设计了一套精密微塑性成形系统.系统采用宏动/微动相结合的驱动模式,既可获得高的位移精度又可以实现较大的冲头行程,在成形过程中对工艺参数进行实时采集和记录.使用该系统进行了微型齿轮的微塑性成形工艺试验,结果表明,微成形件的表面质量好,轮廓清晰,证明采用微塑性成形技术可以成形出质量良好的微型零件.     

微电子机械系统的力学特性与尺度效应

针对微电子机械系统（MEMS）材料的力学特性,工艺过程对力学特性的影响以及微执行器、微机器人的尺度效应等力学问题进行了研究。从力学角度提出了硅和常用的薄膜材料作为MEMS结构材料时应遵循的设计和加工原则,并系统地分析、归纳了静电、电磁、压电、形状记忆合金等各种微执行器的尺度效应特征。通过对机器蚂蚁、微型飞机、微型机器鱼等微机器人在微尺度下的动力学特性分析,得到微机器人在尺寸越小时越容易被驱动的结论,为设计和制作微机器人等复杂微系统提供了理论依据。     

微小型齿轮的微细滚削加工研究

用自行设计的微小型硬质合金齿轮滚刀进行了模数为0.175mm的微小型齿轮滚削加工研究.首先设计了相应模数的微小型齿轮滚刀,并详细阐述该刀具的设计过程,包括刀具材料的选择、结构形式的设计、齿形设计和刀具局部强度的校核等.简述了该滚刀的制造加工工艺,在微小型数控滚齿机上进行了微小型齿轮的滚削加工试验研究.结果表明,采用范成...     

基于飞秒激光双光子的微齿轮加工技术研究

针对传统加工方法很难实现微机电系统(Micro electromechanical systems,MEMS)零部件高质量加工的问题,在微细加工技术研究基础上,提出采用飞秒激光双光子聚合加工技术加工标准渐开线微齿轮的方法.采用钛蓝宝石激光器自行搭建的飞秒激光双光子加工系统,能够输出波长为800 nm的飞秒激光用于双光子聚合加工,利用AutoCAD软件设计标准渐开线微齿轮,通过理论和试验两种方法研究激光功率与单个固化点尺寸之间的关系,进而研究扫描步距与加工精度和表面粗糙度之间的关系,结果表明,激光功率越小,加工分辨率越高;扫描步距越小,加工变形越大,但表面质量提高.采用优化后的加工工艺参数加工出高质量的标准渐开线微齿轮,其表面粗糙度Ra27.66 nm.因此,飞秒激光双光子加工技术能够为微齿轮或其他MEMS零部件的加工提供一条有效途径.     

微线段齿轮齿根应力的对比试验研究

采用应变电测法设计微线段齿轮与渐开线齿轮齿根弯曲应力比较试验的装置,对试件的设计与加工进行严格的控制,并确定比较试验方案,给出处理现场数据的公式及计算结果的T－σ折线图,对结果的显著性检验证明,微线段齿轮的抗弯曲性能要大大优于相应的渐开线齿轮。     

模数≤0.06 mm的微行星齿轮减速器的CAD/CAM技术

微机电系统（MEMS）是近年来兴起的一门新兴技术,微行星齿轮减速器是微机电系统中的重要器件。在模数≤0.06mm的微行星齿轮减速器的研制中,引入CAD/CAM技术,并成功的设计制造出了样机。     

微线段齿廓齿轮的弯曲强度分析

介绍了微线段齿轮的形成原理,建立了微线段齿轮有限元计算的力学模型,论证了计算中的奇点问题,并提出相应的解决方案,用正交试验法设计了一组算例并用有限元法进行计算,从而说明微线段齿轮的弯曲强度确实要优于渐开线齿轮。     

A feasibility study of microscale fabrication by ultrasonic-shoe centerless grinding

The present authors proposed a new centerless grinding technique, namely ultrasonic-shoe centerless grinding, which they validated experimentally in a previous study [Wu Y, Fan Y, Kato M, Wang J, Syoji K, Kuriyagawa T. A new centerless grinding technique without employing a regulating wheel. Key Eng Mater 2003;238–239:355–60]. Rather than a regulating wheel as in conventional centerless grinding, the new method uses a plate-shaped ultrasonic shoe, on the end face of which micro elliptic motion is generated, to support the workpiece and control its rotational motion. This enables the fabrication of a microscale cylindrical component less than 100 μm in diameter with an extremely large aspect ratio, which is extremely difficult to produce by conventional machining techniques. In the present study, in order to develop a novel technique for the fabrication of microscale cylindrical components, first an apparatus capable of microscale fabrication was designed and constructed based on the ultrasonic-shoe centerless grinding method. Following initial performance tests, the apparatus was tested by conducting a grinding run on a tungsten carbide test-piece, 0.6 mm in diameter and 15 mm in length. The result was a microscale cylindrical component, around 60 μm in diameter and 15 mm in length, with an aspect ratio of over 250, which validated the new technique proposed for microscale fabrication.     

Current challenges and potential directions towards precision microscale additive manufacturing – Part II: Laser-based curing,heating, and trapping processes

This article is the second in a four-part series of articles providing an overview of the challenges and opportunities in microscale additive manufacturing (AM) processes with applications in fabrication of high precision micro/nano-products. Laser-based microscale additive manufacturing processes are discussed this article. Compared to the other AM processes, laser-based processes provide several unique advantages, especially in terms of a wide variety of processable materials and high volumetric throughputs. The processes discussed in this paper can fabricate complex microscale features with minimum resolutions ranging from hundreds of nanometers to hundreds of microns. However, there are several fundamental limits and trade-offs which hinder the scalability of these processes. The paper discusses the limits to the materials, resolution, geometry, and volumetric throughput and proposes approaches to mitigate these limits and improve the scalability of laser-based microscale AM processes.     

微线段齿轮基本齿形参数优化设计

提出了用正交回归法将优化设计的隐式目标函数,转化为显式目标函数的方法,建立了以微线段齿轮基本齿形参数为设计变量,齿根正应力为目标函数,以顶切,齿形畸变,齿顶圆压力角及零点数为约束条件的数学模型,给出了一组应用实例,用复合形法进行了计算,结果证明,效果明显。     

20年来齿轮测量技术的发展

推动齿轮测量技术发展的力量有两股,一是齿轮产业发展对齿轮测量不断提出的新要求,二是不断进步的关联技术在齿轮测量领域的渗透.21世纪以来,这两股力量的交汇推动了齿轮测量技术的快速发展.在简要回顾20世纪齿轮精度理论和齿轮测量技术演变的基础上,提出了齿轮广义精度理论的基本要义,从齿轮全信息测量技术、面向生产现场的齿轮在线快...