1微型機械設(shè)計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，人們在生產(chǎn)領(lǐng)域的探索不斷深入，微型機械就是人類對物體認識極限的突破。在科學(xué)研究和生產(chǎn)進步的探索過程中，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。微型機械的設(shè)計材料不同于一般的機械，必須嚴格選擇，如果出現(xiàn)問題，研究工作就會無法進行。經(jīng)過人們的不懈探索，目前我國的微型機械設(shè)計制造技術(shù)已經(jīng)取得一定的成果，制造出了很多微型機械的零部件，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電系統(tǒng)設(shè)計還是有困難的。當(dāng)前我們在微摩擦學(xué)、微熱力學(xué)等多方面存在問題，這導(dǎo)致微型機械的工作效果很差。所以，對于微型機械設(shè)計的基礎(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，才能真正促進微型機械的發(fā)展。

微型機械設(shè)計理論的研究主要有三個方向。首先，在微觀的條件下，研究微機械系統(tǒng)的運動規(guī)律、系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)件的物理特征以及在工作狀態(tài)下微機械的物理、化學(xué)變化，從中得到微系統(tǒng)的各項運行參數(shù)，為設(shè)計基礎(chǔ)理論的研究提供參考資料。其次，在研究現(xiàn)有機械的運行變化的同時，繼續(xù)鉆研微型化與集成化的理論，積極進行新功能的開發(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，加強對微系統(tǒng)傳感器、系統(tǒng)控制和命令執(zhí)行等功能的測量與檢驗，在解決這些問題后，微型機械設(shè)計系統(tǒng)的研究將會更加便捷。

2微型機械設(shè)計基礎(chǔ)理論研究的主要內(nèi)容

2.1微型機械設(shè)計基礎(chǔ)的研究

微型機械不是簡單的把機器外形變小，而是依靠先進科學(xué)技術(shù)、新型的加工材料，采取創(chuàng)新型的設(shè)計思路，設(shè)計生產(chǎn)出微機械。因為微機械的特殊功能，在進行基礎(chǔ)設(shè)計研究的過程中，必須對設(shè)計尺度、制造材料、加工方法以及運行機理等內(nèi)容格外的重視，在充分考慮微型機械功用的前提下進行研究。現(xiàn)在對微型機械設(shè)計基礎(chǔ)的研究內(nèi)容主要包括：一是微機構(gòu)學(xué)，主要對微機械的運動機理、動力的傳導(dǎo)以及機電系統(tǒng)的特征進行研究；二是材料學(xué)，微型機械的制造需要獨特的材料作為微機構(gòu)件，對制造材料在特殊環(huán)境下發(fā)生的變形效應(yīng)進行研究；三是微摩擦學(xué)，從微觀角度對原子與分子在運動過程中發(fā)生的碰撞所產(chǎn)生的力學(xué)變化進行觀察，對產(chǎn)生損傷的機理進行研究，找出解決問題的方法。

2.2微型機械設(shè)計所涉及的學(xué)科分類

第一，微機構(gòu)學(xué)。在微型機電的研究過程中，微機構(gòu)學(xué)是重點，它主要研究內(nèi)容是在狹小的空間內(nèi)進行能量的傳遞，將某些物質(zhì)運動進行轉(zhuǎn)化，根據(jù)這些運動機理完成一些動作，并確保其精確度。因為運動的空間很小，能夠用于支配的能量非常的有限，所以在進行微型機械的設(shè)計過程中應(yīng)該盡量減少零件的使用。在此要求下，微機構(gòu)學(xué)研究的過程中應(yīng)從三方面出發(fā)：首先應(yīng)該堅持體積的微型化、能源消耗的節(jié)約化的設(shè)計研究原則，從多功能的微組合角度出發(fā)，加強對微機構(gòu)和微電子組成的集成系統(tǒng)的組合原理進行研究與設(shè)計；對微機構(gòu)組合系統(tǒng)中的動力原理進行分析，重點研究微型機械系統(tǒng)中彈性動力學(xué)和多柔性動力學(xué)的產(chǎn)生原理；研究微型機械設(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)件在運動過程中發(fā)生摩擦效應(yīng)產(chǎn)生的影響等。

第二，微機械構(gòu)件的材料力學(xué)。微型機械系統(tǒng)的構(gòu)件制造材料不同與普通機器產(chǎn)品，首先必須能夠滿足機械工作的性能要求：其次，應(yīng)當(dāng)可以進行納米技術(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)件的尺寸進行縮減，這樣就能減少材料的缺陷，增強材料的機械性能，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)是機械設(shè)計中必須研究的內(nèi)容，在微型機械研究中，因為機械本身的能源很小，不會產(chǎn)生過大的摩擦力，所以，應(yīng)當(dāng)研究如何讓微型機械系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)零摩擦，將構(gòu)件的損耗度降到最低，從而有效地延長機械使用壽命，重點研究內(nèi)部構(gòu)件的分子運動規(guī)律、防磨擦材料的研發(fā)等。

3總結(jié)

綜上所述，微型機械設(shè)計的基礎(chǔ)研究是一項精密、復(fù)雜，涉及面廣泛的工作，對于微型機械構(gòu)件的物理、化學(xué)變化特性要認真了解，從多學(xué)科角度分析其設(shè)計原理。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，微型機械將會發(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)院機械工程學(xué)院