引信用MEMS万向惯性开关的结构设计与优化

摘要

随着信息化时代的到来，现代引信技术向智能化、微型化、集成化、通用化等方向发展。传统的触发引信体积大、功能难以复合、可靠性低等特点阻碍了引信技术的发展，而MEMS技术的发展为引信技术的进步提供了技术支撑。本文以MEMS技术为基础设计了一种万向惯性开关，满足引信万向性、抗高过载、微型化的需求。
　　分析弹簧质量系统在半正弦加速度信号的作用下的响应情况。根据不同固有频率下质量块的位移变化，求出在450g-1ms的加速度作用下，质量块运动最平稳时对应固有频率;设计的悬臂梁柔性电极不但能够延长开关的闭合时间，减少在接触是的弹跳现象，而且简化了开关的结构，提高开关加工的成品率;设计的十字型中心止挡机构不仅可以使开关能抗高过载加速度，还能防止质量块的旋转运动。
　　对开关的工作性能进行了分析，开关的前三阶模态振型均为平动且固有频率接近，开关具有万向性;当加速度信号超过560g时，开关在轴向0-900范围内能可靠响应;在450g-1ms的加速度作用下，开关在响应角度内闭合时间最短为56μs;开关具有一定的适应性，当加速度的幅值为450g时，只有脉宽范围在0.3ms-1.2ms之间的加速度才能使开关闭合;开关具有抗过载能力，在30000g的加速度下冲击后，开关仍能正常工作。
　　对开关的加工工艺进行了研究，通过在设计时对结构进行尺寸补偿，减小了加工样品的误差。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的意义

1．2 MEMS惯性开关的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 现有MEMS惯性开关的特点

1．4 本文的主要研究内容

2 MEMS万向开关的应用环境及设计要求

2．1 MEMS万向开关在环境中的工作状态分析

2．1．1 勤务处理与装填环境

2．1．2 正常发射环境

2．1．3 飞行环境

2．1．4 碰目标环境

2．2 MEMS开关的设计目标

2．2．1 万向性要求

2．2．2 延长闭合时间

2．2．3 闭合阈值

2．2．4 抗高过载

2．3 本章小结

3 MEMS万向惯性开关的结构设计

3．1 万向惯性开关的工作原理

3．2 MEMS万向开关的动力学分析

3．3 弹簧质量系统固有频率分析

3．3．1 固有频率对质量块位移响应的影响

3．3．2 弹簧质量系统固有频率的确定

3．4 开关结构的优化

3．4．1 前期开关加工的失效形式

3．4．2 优化原则

3．4．3 弹簧质量系统的优化设计

3．4．4 径向电极的设计

3．4．5 轴向电极的设计

3．4．6 止挡结构的设计

3．5 本章小结

4 MEMS万向惯性开关有限元仿真分析

4．1 引言

4．2 模态仿真分析

4．3 瞬态动力学仿真

4．3．1 开关的万向性分析

4．3．2 开关的响应分析

4．3．3 MEMS开关适应性分析

4．3．4 MEMS开关的抗过载性能

4．3．5 离心力对开关工作的影响

4．4 本章小结

5 MEMS万向开关加工工艺

5．1 MEMS开关的加工

5．1．1 加工工艺研究

5．1．2 加工误差分析

5．1．3 加工样品的尺寸检测

5．2 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 论文创新点

6．3 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况