第6章 习题及参考答案
1,微执行器最常用的执行方式有哪两种 各有什么特点 各自的应用方面是哪些
答: (1)最常用的执行方式是电磁效应和热效应.
(2) 电磁效应的特点: 电磁微执行方法是静电,压电和磁的执行方法.
热效应的特点: 热执行方式包括双金属,形状记忆合金和热气动.
(3) 电磁效应的应用: 静电执行方式还可产生基板平面内的运动.静电力还可产生在基板内的旋转,实现机械结构型的微执行器.如静电型微马达.
压电膜可制作多种微执行器,如阀,泵,定位器件和超声微马达.
磁执行也可用于可变形结构型和机械结构型两种微执行器 中.电磁型微马达.
热效应的应用:双金属微执行方式利用夹心层材料元件的热膨胀系数之间的失配而产生力或位移.
形状记忆合金(SMA)是一种具有形状恢复特性的金属,
它所产生的位移或力或两者的结合将是温度的函数.
热气动微执行方式是利用流体加热时发生体积膨胀来实现执行动作的.
2,叙述磁致伸缩金属的物理特性,为什么可以用作微执行器的材料.
答: (1) 磁致伸缩金属是一种同时兼有正逆磁机械耦合特性的功能材料.当受到外加磁场作用时,便会产生弹性变形;若对其施加其作用力,则其形成的磁场将会发生相应的变化.
(2)它可以作为微执行器的材料的原因:可承受应变比压电陶瓷(因其磁畴呈直线)
高的机电耦合系数;
宽的工作温区;
高的精度;
较大的输出力.
3,记忆合金材料的特点是哪些,及其应用方面有哪些
答: (1) 特点:突变双态性;
TiNi合金内部发生的热弹性相变为严格的周而复始,无残余变形而呈
现完全弹性,因此驱动的完全重复性很好,驱动精确重复;
较大的力,行程,从而能量.
(2) 应用:形状恢复时应力,位移——微执行器(电流加热驱动);
热敏感——热动作型的开闭器;
能量贮存体.
4,叙述各种静电型微马达的工作原理.并举例说明.
答: (1) 静电力驱动变电容式步进微马达:在前一对电极产生步进后,相邻的下一对电极的相对位置必须在转矩最大位置.
(2) 静电力驱动变电容式同步微马达: 转子和定子同心运转的微马达,要达到高速运转,必须解决摩擦力,吸附力及以纳米为单位精度加工的轴承.
(3) 静电力驱动谐波式微马达: 转子角频率的值取决于定子半径和转子半径Rr之差,差值越小,比越小.
(4) 电悬浮微马达: 在电悬浮支承下的转子,能绕某一轴在悬浮平衡的位置上运转;
5,叙述静电力驱动变容式步进微马达的工作原理,设计时应考虑的因素.
答: (1) 工作原理: 为确保转子相对定子的步进转动时序,在前一对电极产生步进后,相邻的下一对电极的相对位置必须在转矩最大位置上,才能使转子继续启动;
极数关系:转子极数一般为2n;定子的静电极数为3×2n.
微马达的转动步幅是定子电极数ns和转子电极数nr的函数, 步幅 :
(2)设计时应考虑的因素:能产生较大的驱动转矩,选择合理的电压;尽可能减小摩擦,精细的角度分辨率.
6,为了降低微马达工作中的摩擦和表面吸附力的影响应该采取什么措施.
答:应采取如下措施:相对运动的接触表面采用两种不同材料相匹配.
Si3N4和多晶硅接触间的摩擦系数;
远小于两层多晶硅材料相接触之间的摩擦系数;

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