1微型機(jī)械設(shè)計(jì)研究的積極意義與存在問題

隨著人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)谏a(chǎn)領(lǐng)域的探索不斷深入，微型機(jī)械就是人類對(duì)物體認(rèn)識(shí)極限的突破。在科學(xué)研究和生產(chǎn)進(jìn)步的探索過程中，某些微小物質(zhì)是人眼無法看到的，它們小至以微米或是納米為單位，為此人類需要借助科學(xué)儀器來解決新問題。微型機(jī)械的設(shè)計(jì)材料不同于一般的機(jī)械，必須嚴(yán)格選擇，如果出現(xiàn)問題，研究工作就會(huì)無法進(jìn)行。經(jīng)過人們的不懈探索，目前我國(guó)的微型機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)已經(jīng)取得一定的成果，制造出了很多微型機(jī)械的零部件，可是基礎(chǔ)理論的不成熟仍然是一塊短板，要想完成整套的微型機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)還是有困難的。當(dāng)前我們?cè)谖⒛Σ翆W(xué)、微熱力學(xué)等多方面存在問題，這導(dǎo)致微型機(jī)械的工作效果很差。所以，對(duì)于微型機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論是目前研究的關(guān)鍵，只有建立完善的科學(xué)理論指導(dǎo)體系，才能真正促進(jìn)微型機(jī)械的發(fā)展。

微型機(jī)械設(shè)計(jì)理論的研究主要有三個(gè)方向。首先，在微觀的條件下，研究微機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)件的物理特征以及在工作狀態(tài)下微機(jī)械的物理、化學(xué)變化，從中得到微系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論的研究提供參考資料。其次，在研究現(xiàn)有機(jī)械的運(yùn)行變化的同時(shí)，繼續(xù)鉆研微型化與集成化的理論，積極進(jìn)行新功能的開發(fā)，探索新的技術(shù)領(lǐng)域。第三，微型系統(tǒng)的加工材料主要是“硅”，在生產(chǎn)材料有保障的情況下，加強(qiáng)對(duì)微系統(tǒng)傳感器、系統(tǒng)控制和命令執(zhí)行等功能的測(cè)量與檢驗(yàn)，在解決這些問題后，微型機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究將會(huì)更加便捷。

2微型機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論研究的主要內(nèi)容

2.1微型機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的研究

微型機(jī)械不是簡(jiǎn)單的把機(jī)器外形變小，而是依靠先進(jìn)科學(xué)技術(shù)、新型的加工材料，采取創(chuàng)新型的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)生產(chǎn)出微機(jī)械。因?yàn)槲C(jī)械的特殊功能，在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)研究的過程中，必須對(duì)設(shè)計(jì)尺度、制造材料、加工方法以及運(yùn)行機(jī)理等內(nèi)容格外的重視，在充分考慮微型機(jī)械功用的前提下進(jìn)行研究。現(xiàn)在對(duì)微型機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的研究?jī)?nèi)容主要包括：一是微機(jī)構(gòu)學(xué)，主要對(duì)微機(jī)械的運(yùn)動(dòng)機(jī)理、動(dòng)力的傳導(dǎo)以及機(jī)電系統(tǒng)的特征進(jìn)行研究；二是材料學(xué)，微型機(jī)械的制造需要獨(dú)特的材料作為微機(jī)構(gòu)件，對(duì)制造材料在特殊環(huán)境下發(fā)生的變形效應(yīng)進(jìn)行研究；三是微摩擦學(xué)，從微觀角度對(duì)原子與分子在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生的碰撞所產(chǎn)生的力學(xué)變化進(jìn)行觀察，對(duì)產(chǎn)生損傷的機(jī)理進(jìn)行研究，找出解決問題的方法。

2.2微型機(jī)械設(shè)計(jì)所涉及的學(xué)科分類

第一，微機(jī)構(gòu)學(xué)。在微型機(jī)電的研究過程中，微機(jī)構(gòu)學(xué)是重點(diǎn)，它主要研究?jī)?nèi)容是在狹小的空間內(nèi)進(jìn)行能量的傳遞，將某些物質(zhì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，根據(jù)這些運(yùn)動(dòng)機(jī)理完成一些動(dòng)作，并確保其精確度。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的空間很小，能夠用于支配的能量非常的有限，所以在進(jìn)行微型機(jī)械的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該盡量減少零件的使用。在此要求下，微機(jī)構(gòu)學(xué)研究的過程中應(yīng)從三方面出發(fā)：首先應(yīng)該堅(jiān)持體積的微型化、能源消耗的節(jié)約化的設(shè)計(jì)研究原則，從多功能的微組合角度出發(fā)，加強(qiáng)對(duì)微機(jī)構(gòu)和微電子組成的集成系統(tǒng)的組合原理進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)；對(duì)微機(jī)構(gòu)組合系統(tǒng)中的動(dòng)力原理進(jìn)行分析，重點(diǎn)研究微型機(jī)械系統(tǒng)中彈性動(dòng)力學(xué)和多柔性動(dòng)力學(xué)的產(chǎn)生原理；研究微型機(jī)械設(shè)備在從事制造過程中發(fā)生誤差的原因，系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生摩擦效應(yīng)產(chǎn)生的影響等。

第二，微機(jī)械構(gòu)件的材料力學(xué)。微型機(jī)械系統(tǒng)的構(gòu)件制造材料不同與普通機(jī)器產(chǎn)品，首先必須能夠滿足機(jī)械工作的性能要求：其次，應(yīng)當(dāng)可以進(jìn)行納米技術(shù)加工，這就要求所選材料具備特殊的物理性能，如果在一定范圍內(nèi)將構(gòu)件的尺寸進(jìn)行縮減，這樣就能減少材料的缺陷，增強(qiáng)材料的機(jī)械性能，理論研究中將其稱為尺寸效應(yīng)。

第三，微摩擦學(xué)。摩擦學(xué)是機(jī)械設(shè)計(jì)中必須研究的內(nèi)容，在微型機(jī)械研究中，因?yàn)闄C(jī)械本身的能源很小，不會(huì)產(chǎn)生過大的摩擦力，所以，應(yīng)當(dāng)研究如何讓微型機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)零摩擦，將構(gòu)件的損耗度降到最低，從而有效地延長(zhǎng)機(jī)械使用壽命，重點(diǎn)研究?jī)?nèi)部構(gòu)件的分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律、防磨擦材料的研發(fā)等。

3總結(jié)

綜上所述，微型機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)研究是一項(xiàng)精密、復(fù)雜，涉及面廣泛的工作，對(duì)于微型機(jī)械構(gòu)件的物理、化學(xué)變化特性要認(rèn)真了解，從多學(xué)科角度分析其設(shè)計(jì)原理。雖然現(xiàn)在我們的研究還存在很多困難，但是相信只要經(jīng)過不懈的努力，微型機(jī)械將會(huì)發(fā)揮更大效用。

作者：尤士諄 單位：重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院