微型机构技术综述

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1、微型机械技术综述摘要：微型机械涉及多学科的交叉知识，它不简单等同于普通机械的缩微，而是有具自身的规律特点。正是由于这些特点，使其在牛物医学、航空航天、军事和工农业各方而有广阔的应用前景。关键词：微型机械技术特点发展历程应用领域1.前S随着微/纳米科学与技术的发展，以本身尺寸微小或是操作尺度微小为特征的微型机械已经开始了人类认识和改造微观世界的旅程。按其尺寸大小，可以把微型机械分为两类。尺寸在毫米级的微机械称为微型机械，尺寸在纳米级的机械称为微小机械。微型机械技术是多专业融合多学科交叉的科学技术新领域。一个完整的微型机械是包含微型机

2、构，微型传感器，微型执行器以及信号处理电路和控制电路等部分的机电一体化产品。因此，微机械技术涉及到的基本理论有：微电子学、微机械学、微机构学、微光学、微动力学、微热力学、微摩擦学等等。微型机械的主要特点有：体积小、重量轻、精度高、灵敏度高、性能稳定、能耗低。此外，其生产成本也较低廉，便于大批量生产，微型机械还集约了高科技成杲，附加价值较高。与传统机械相比，无论在理论方法还是制造技术上都是一次革命。微型机械不能简单-地理解为传统机械的微型化，而是工作机理、材料特性、加工技术测量方法、控制手段、联系方式等方面的巨大变化。2.微型机械技

3、术的特点微型机械，从它的名字就可以知道，它的一个主要的特点就是“微”，随之带来的就是微机械的尺寸缩小所产生的尺寸效应现象，即随着尺寸缩小，物理量并非等比例缩小，当尺寸缩小到一定程度时，宏观机械的模拟原理和相似理论不再适用。所以微机械的特征和传统机械冇很多不同Z处。微机械的基本特征为：(1)微机械中起主导作用的力是表面力。微型机械体积小、重量轻，因此表面力成为起主导作用的力，体积力的作用相对要小一些。故随着尺寸的缩小，静电力与重力相比成为主导作用力，所以微机械常用静电力驱动。与普通机械相比,摩擦力对微机械影响比重力更大一些。（2）微

4、机械并不是传统机械的模拟缩小。设计微型机电系统并不是追求复杂的机械结构，而是着眼于用多个简单的机械元件、传感器和人工智能的器件完成复杂的工作。（3）在能源供给上，如果微型机械系统具有移动和转动功能，电缆就会成为运动的障碍，所以微机械一般采用静电力供能。或者使用静电力激励供能。因此，原有适用于传统机械的方法和原理对丁微型机械已不再适用。微机械的发展需用新理论、新方法来指导：由于主要阻力的变化，需要新的构造原理和控制方式；由于运动学和动力学方程起主要作用的因索改变，需要新的驱动方式；由于微机械器件结构的微型化，需要新的制造方式和方法。

5、1.微型机械的发展历程1970年，斯坦福大学开始研究微型机械。1987年后美国各部门投入大量经费资助其开发。随后，日木和西欧也相继将此研究列为重要发展领域。以上各国在微型机械的研究都有进展。例如斯坦福大学研制出直径20nm.长度150链连杆机构，210umx100um滑块机构，转子直径200um静电电机和流量20mL/min液体泵。加州大学伯克利分校试制出直径60um静电电机，直径50m旋转关节及齿轮驱动的滑块和灵敏弹簧。贝尔实验室开发出直径400uni齿轮。麻省理工研究出三自由度闭环平面机构操作器，可用于低力矩精密定位。日木90

6、年代初启动微型机械研究计划并取得重要进展，如东京大学工业研究院研制成lcn?爬坡微型机械装置，早稻田人学机械工程系成功用形状记忆合金制作出微型机器人。名古屋大学研制出不需电缆的管道移动微型机器人，可用于小直径管检测生物医学领域或人体器官等小空间内的操作。我国正积极开展微型机电系统的研究，其屮微型驱动器微型机器人开发已列入国家863计划。广东工业大学与口木筑波大学合作开展的生物和医用微型机器人研究已研制出位移分别为50um和50umx50um的一维、二维联动压电陶瓷驱动器及位移50umx50umx50um,精度0.Olum的三自由度

7、压电陶瓷驱动微型机器人。哈尔滨工业大学研制出电致伸缩陶瓷张动的二自由度微型机器人，其位移为lOmmxlOmm,位移分辨率为0.01m,述将研制六自由度微型机器人。屮国科学院上海光学与精密机械研究所研制出微型器件装配装置。上海冶金研究所研制出直径400nm的多品硅齿轮、气动涡轮和微静电电机等。与发达国家相比，我们的微型机械研究在深度、广度和技术水平上还有羌距，还需要科研人员的不断努力。1.微型机械的应用领域微型机械主要应用于三大领域：军事、医疗及航空航犬领域。在军事上的应用廿前來说可能还是设想多于实际，虽然现在已经有诸如“电子蝇”等

8、微型飞行器之类的微型机械，但是微型机械在军事上的应用更该是更着眼于应对未来的军事冲突。未来战争的胜负在某种意义上也许将不是取决于作战双方航母、飞机、坦克、大炮等常规武器的威力，I何是由一些微型机械来决定的。这些微型武器可以潜入敌后腹地，对敌人的指挥