1、毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化基于有限元的单晶片式压电微夹钳的设计一、选题的背景与意义20世纪60年代发展起来的微电子技术和集成电路，已构成人类文明的重要基础。大规模集成电路的出现在许多领域引发了一场微小型化革命。微电子技术的巨大成功使微米/纳米技术应运而生。与此同时相应的工艺装备的定位进度也进入亚微米甚至纳米精度。实际上，无论哪种途径加工出的微机械零件都需要一种操作尺寸十分细微的微动系统装配微机械。因此，微夹钳及与其相关的研究已成为国民、内外微机械研究领域的一个前沿课题。微夹钳主按能量供给和驱动方式现如今有基本可分为以下几种静电式微夹钳、电磁式微夹钳、形状记忆合金微夹钳、液体吸附式微
2、夹钳、光捕获微夹钳和压电式微夹钳。其中压电式微夹钳由于压电陶瓷执行器具有体积小、刚度大、不发热、无噪声等优点，可应用于微操作、微装配领域，其可以作为微操作机器人的手臂，具有高精确度的特征，因此，电式微夹钳现已成为最常用和众所周知的一种形式，压电陶瓷微位移器是开发MEMS（微机电子机械系统的关键元件之一。以往的研究中，其结构都相对比较复杂，因此我们希望设计一种结构简单，功能稳定且易于加工的结构。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题21研究的基本内容基于压电陶瓷单晶片结构，采用有限元分析法，设计由压电陶瓷执行器驱动、张合量为200UM的微夹钳。通过该设计，了解压电微夹钳的应用领域，掌握单晶片式压电
3、微夹钳的设计过程，进而掌握零、部件的一般设计过程。22拟解决的主要问题基于微夹钳应用同时具有良好的张合特性和刚度特性要求，确定微夹钳钳指羁绊的材料；基于前人微夹钳结构较复杂，设计出一种结构相对简单，工作精度高的结构；基于压电陶瓷单晶片执行器总体结构小，确定微夹钳的结构形式与几何尺度时必须做到精确与可行；基于所确定的微夹钳的几何尺度，采用有限元分析法，确定微夹钳的张合量同驱动电压的关系、夹持力同张合量的关系以及最大夹持重量，分析静态响应，动态响应；分别基于PRO/E、AUTOCAD绘制微夹钳的三维造型图，装配图与零件图。三、研究的方法与技术路线首先确定钳指基板的材料，结构形式和几何尺寸；然后学习
4、有限元分析，利用该软件对压电陶瓷单晶片执行器进行计算，从而分析微夹钳张合量同驱动电压的关系、夹持力同张合量的关系以及最大夹持重量；使用PRO/E绘制微夹钳的三维造型图、装配图与零件图；四、研究的总体安排与进度确定压电微夹钳的材料、结构形式以及几何尺寸。基于压电陶瓷单晶片执行器，采用有限元分析法，确定微夹钳张合量同驱动电压的关系、加持力同张合量的关系以及最大夹持重量；绘制微夹钳的三维造型图、装配图与零件图。掌握压电原理选取钳指材料查阅书籍及文献确定结构尺寸有限元分析数据分析三维制图14周查阅文献，完成外文翻译、文献综述和开题报告（4周）；56周确定压电微夹钳的材料、结构形式以及几何尺寸（2周）；
5、712周基于压电陶瓷单晶片执行器，采用有限元分析法，确定微夹钳张合量同驱动电压的关系、加持力同张合量的关系以及最大夹持重量（5周）；13周绘制微夹钳的三维造型图、装配图与零件图（1周）14周撰写毕业论文（1周）。参考文献1尹燕丽,朱邦太,陈海龚,曹长江毫米级微型机器人操作手的研制和操作特性光学J精密工程2001,965315342甫志刚,黄心汉机器人压电陶瓷微操作手的设计J先进制造技术,2004,232）2122,353陈国良,黄心汉,王敏面向微装配的压电陶瓷微夹钳建模与控制J高技术通讯,2006,1611113411384陈海,孟中岩,曹长江,张琛梯度功能压电陶瓷微夹钳的设计和操作原理J上海
6、交通大学学报,2002,3656206235陈立国,荣伟彬,孙立宁面向微操作的组合式微夹持器J哈尔滨工业大学学报,2006,3868628646胡斌梁,陈国良压电陶瓷微夹钳迟滞环自适应逆控制研究J中国机械工程,2006,1787988017蔡建华,黄心汉,吕遐东,王敏一种集成微力检测的压电式微夹钳J机器人2006,28159648曾祥进,黄心汉,王敏基于DAHL模型的压电陶瓷微夹钳控制研究J中国机械工程,2008,1977667699NIKOLASCHRONISANDLUKEPLEEELECTROTHERMALLYACTIVATEDSU8MICROGRIPPERFORSINGLECELLMAN
7、IPULATIONINSOLUTIONJJOURNALOFMICROELECTROMECHANICALSYSTEMS2005,14485786310RICARDOPEREZ,NICOLASCHAILLET,KRZYSZTOFDOMANSKI,PAWELJANUS,PIOTRGRABIECFABRICATION,MODELINGANDINTEGRATIONOFASILICONTECHNOLOGYFORCESENSORINAPIEZOELECTRICMICROMANIPULATORJSENSORSANDACTUATORSA128200636737511ZHELU,PETERCYCHEN,ANDWEILIN,MEMBER,IEEEFORCESENSINGANDCONTROLINMICROMANIPULATIONJIEEETRANSACTIONSONSYSTEMS,MAN,ANDCYBERNETICS2006,366713724
