MEMS微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力學若干問題研究.pdf

1、微機電系統(tǒng)(Micro Electro Mechical System,以下簡寫為MEMS)技術(shù)的成功促進了微電機、動力MEMS等微旋轉(zhuǎn)機械的長足發(fā)展,近年來,微旋轉(zhuǎn)機械一直是MEMS研究中的熱點。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷進步,微旋轉(zhuǎn)機械的設計正日益向著高轉(zhuǎn)速、輕型化方向發(fā)展。與此同時,對微旋轉(zhuǎn)機械的動力學特性、穩(wěn)定性以及可靠性也提出了更高的要求。MEMS微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由于其尺寸非常小,表面積與體積之比變大,表面效應突出,相對一般轉(zhuǎn)子系統(tǒng)來說

2、,表面效果將代替體積效果起支配作用,并且對微轉(zhuǎn)子動力特性影響較大。MEMS微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)超高速運轉(zhuǎn)時,摩擦磨損問題在系統(tǒng)中表現(xiàn)的尤為突出,嚴重的會導致微機構(gòu)完全失效。因此,最大限度的降低摩擦磨損乃至實現(xiàn)無磨損條件,是保證MEMS微轉(zhuǎn)子器件功能和使用壽命的關(guān)鍵。氣浮軸承是利用氣體作為運動副潤滑的一種新型軸承,由于氣體的粘度小,與其它軸承相比,具有低摩擦、無磨損、無污染、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、回轉(zhuǎn)精度高和軸承的精度保持好等特點,在高速旋轉(zhuǎn)機械中具有很大的優(yōu)

3、越性、經(jīng)濟性和實用性,在國防、兵工及動力等行業(yè)正得到日益廣泛的應用。
　　 本文應用現(xiàn)代非線性理論分析了MEMS微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的復雜非線性動力學行為。首先建立了碰摩微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的碰摩力模型和系統(tǒng)微分方程,在原系統(tǒng)無量綱模型的基礎(chǔ)上,采用Lyapunov第一方法,分析了系統(tǒng)在平衡點的穩(wěn)定性。其次,采用四階龍格庫塔法對系統(tǒng)的微分方程進行求解,數(shù)值模擬出了系統(tǒng)的分岔圖、相圖、Poincare映射圖、幅值譜圖和時間歷程圖,并分析了系統(tǒng)的運動形