抗沖擊硅微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)研究.pdf

1、硅微機(jī)械陀螺儀是用于測(cè)量角速度的微型傳感器，與傳統(tǒng)的機(jī)電陀螺儀相比，除了具有體積小、重量輕等特點(diǎn)，還具有高可靠性以及良好的動(dòng)態(tài)性能并且易于數(shù)字化的特點(diǎn)。由于這些優(yōu)異的性能，硅微陀螺儀得到了迅速的發(fā)展并廣泛應(yīng)用于民用和軍用領(lǐng)域。本文圍繞抗沖擊硅微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展開(kāi)研究，從理論出發(fā)，借助ANSYS有限元分析軟件，設(shè)計(jì)一種具有較高抗沖擊能力的陀螺儀結(jié)構(gòu)。
　　論文的研究工作主要包括以下內(nèi)容:
　　(1)介紹硅微陀螺儀的國(guó)內(nèi)外發(fā)

2、展現(xiàn)狀、抗沖擊性能研究現(xiàn)狀，以及基本工作原理和動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)陀螺儀的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)方式進(jìn)行分析。
　　(2)設(shè)計(jì)具有較高抗沖擊能力的硅微陀螺儀結(jié)構(gòu)。確定合適的結(jié)構(gòu)形式，建立硅微陀螺儀敏感結(jié)構(gòu)的沖擊響應(yīng)模型，詳細(xì)研究硅微陀螺儀沖擊響應(yīng)與結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的關(guān)系以及硅微陀螺儀沖擊響應(yīng)與沖擊載荷特征參數(shù)的關(guān)系。根據(jù)所得關(guān)系，選擇合適的驅(qū)動(dòng)檢測(cè)方式，設(shè)計(jì)支撐梁結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)方向枉桿耦合機(jī)構(gòu)、檢測(cè)方向耦合機(jī)構(gòu)，進(jìn)而完成結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)柔性止擋機(jī)構(gòu)，進(jìn)

3、一步提高陀螺儀的抗沖擊能力。借助ANSYS軟件進(jìn)行模態(tài)仿真，確定結(jié)構(gòu)參數(shù)得到合適的模態(tài)頻率，并根據(jù)參數(shù)值進(jìn)行理論計(jì)算。
　　(3)利用有限元仿真軟件ANSYS對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析。主要從瞬態(tài)仿真、重力仿真、諧響應(yīng)仿真以及封裝熱應(yīng)力仿真等方面來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析并驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性。其中，瞬態(tài)仿真包括有無(wú)止擋機(jī)構(gòu)的抗沖擊能力仿真、加工誤差對(duì)硅微陀螺儀沖擊響應(yīng)的影響分析;諧響應(yīng)仿真包括驅(qū)動(dòng)方向諧響應(yīng)分析以及檢測(cè)方向諧響應(yīng)分析;封裝熱

4、應(yīng)力仿真包括封裝過(guò)程中400℃高溫下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力仿真以及從400℃高溫降至20℃室溫時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)部殘余熱應(yīng)力仿真。
　　(4)硅微陀螺儀采用DDSOG工藝加工，并對(duì)加工好的硅微陀螺儀裸表頭進(jìn)行測(cè)試，大氣壓下開(kāi)環(huán)測(cè)試結(jié)果為:驅(qū)動(dòng)頻率12630Hz，檢測(cè)頻率12772Hz，驅(qū)動(dòng)同相頻率為12920Hz，檢測(cè)同相頻率為13019Hz。測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)值基本一致;結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方向上的同相振動(dòng)模態(tài)的固有頻率比反相振動(dòng)模態(tài)的固有頻率高290Hz，符