非硅MEMS器件微装配系统的动静态特性分析.pdf

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1、非硅MEMS器件微装配系统的动静态特性分析郭涛2015年1月中图分类号：UDC分类号：非硅MEMS器件微装配系统的动静态特性分析作者姓名郭涛学院名称机械与车辆学院指导教师金鑫副教授答辩委员会主席张卫民教授申请学位工学硕士学科专业航空宇航科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月TheStaticandDynamicAnalysisofMicro-AssemblySystemforNon-SiliconMEMSDevicesCandidateName：TaoGuoSchoolorDe

2、partment：SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor：Prof.XinJinChair,ThesisCommittee：Prof.WeiminZhangDegreeApplied：MasterofEngineeringMajor：AeronauticalandAstronauticalScienceandTechnologyDegreeby：BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January.20

3、15研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要非硅MEMS器件具有体积小、重量轻、易损伤、装配难度大等特点。我们团队研制出国内首台非硅MEMS器件柔性

4、自动化微装配系统，本文的研究内容是上述研究过程的一部分，旨在通过对微装配系统动静态特性进行分析，保证微装配系统的精度及其稳定性。论文主要内容如下：（1）开展了微装配系统静态特性分析，研究微装配系统的静态变形对微装配系统装配精度的影响。建立微装配系统整体三维模型，针对微装配系统进行有限元整体静态特性分析，针对微装配系统的脆弱环节进行更加精确地有限元分析，通过有限元分析结果，分析其变形情况对系统装配精度产生的影响。（2）开展了微装配系统的装配精度分析，结合微装配系统静态变形，研究微装配系统的装配误差。首

5、先，重点分析装配单元对系统装配精度的影响。针对装配单元，分析装配单元中存在的影响非硅MEMS零件装配的误差源，基于微装配系统中视觉检测系统闭环控制和微调整机构，排除误差源中的补偿项；针对剩余误差源，通过实验测量其具体的误差值；建立理论误差传递模型，计算相应的误差域，最终获得微装配系统的最大装配误差值；最后通过装配精度验证实验证明上述理论的正确性。（3）开展了微装配系统动态特性分析，以避开低频共振区域，保证装配系统的稳定性。首先，针对微装配系统进行有限元模态分析。针对装配单元进行有限元模态分析，获取其

6、固有频率和振型；为验证仿真模型是否合理，对装配单元进行模态试验，将试验结果与有限元分析结果进行对比，发现其误差在15%以上，通过分析发现装配单元仿真模型存在偏差。（4）开展了针对装配单元仿真模型改进优化的研究，以确保有限元模态分析及后续其他仿真分析的准确性。基于上一章中装配单元仿真模型存在的偏差开展研究，通过对装配单元的结构分析，发现装配单元中含有滚珠直线导轨副，其接触形式会影响到仿真模型的精度。本文针对滚珠直线导轨副的接触形式开展了研究，引入Hertz接触理论建立理论接触模型；将滚珠直线导轨副引入

7、有限元仿真模型，其仿真结果相比未引入滚珠直线导轨副的仿真结果有明显改善。本文综合滚珠直线导轨副理论接触模型与遗传算法提出了面向寻求接触刚度最优解的方法，获取了接触刚度最优解和更为准确的有限元仿真模型及其模态参数，证明了微装配系统的稳定性并为后续的仿真分析I北京理工大学硕士学位论文提供可靠地理论基础。关键词：微装配系统；装配单元；动静态特性分析；误差模型；接触模型II北京理工大学硕士学位论文AbstractNon-siliconMEMSdeviceshavethecharacteristicsofsm

8、allvolume,lightweight,easydamage,difficultassembly.Atpresent,theassemblymainlyreliesonmanualorsemi-automaticassembly,whichgreatlyreducestheefficiencyandqualityofthework,so,itisimportantforstudyingtheautomaticassemblytechnologyandequipme