微型机械设计基础管窥

1微型机械设计研究的积极意义与存在问题

随着人类科学技术的发展，人们在生产领域的探索不断深入，微型机械就是人类对物体认识极限的突破。在科学研究和生产进步的探索过程中，某些微小物质是人眼无法看到的，它们小至以微米或是纳米为单位，为此人类需要借助科学仪器来解决新问题。微型机械的设计材料不同于一般的机械，必须严格选择，如果出现问题，研究工作就会无法进行。经过人们的不懈探索，目前我国的微型机械设计制造技术已经取得一定的成果，制造出了很多微型机械的零部件，可是基础理论的不成熟仍然是一块短板，要想完成整套的微型机电系统设计还是有困难的。当前我们在微摩擦学、微热力学等多方面存在问题，这导致微型机械的工作效果很差。所以，对于微型机械设计的基础理论是目前研究的关键，只有建立完善的科学理论指导体系，才能真正促进微型机械的发展。

微型机械设计理论的研究主要有三个方向。首先，在微观的条件下，研究微机械系统的运动规律、系统内部构件的物理特征以及在工作状态下微机械的物理、化学变化，从中得到微系统的各项运行参数，为设计基础理论的研究提供参考资料。其次，在研究现有机械的运行变化的同时，继续钻研微型化与集成化的理论，积极进行新功能的开发，探索新的技术领域。第三，微型系统的加工材料主要是“硅”，在生产材料有保障的情况下，加强对微系统传感器、系统控制和命令执行等功能的测量与检验，在解决这些问题后，微型机械设计系统的研究将会更加便捷。

2微型机械设计基础理论研究的主要内容

2.1微型机械设计基础的研究

微型机械不是简单的把机器外形变小，而是依靠先进科学技术、新型的加工材料，采取创新型的设计思路，设计生产出微机械。因为微机械的特殊功能，在进行基础设计研究的过程中，必须对设计尺度、制造材料、加工方法以及运行机理等内容格外的重视，在充分考虑微型机械功用的前提下进行研究。现在对微型机械设计基础的研究内容主要包括：一是微机构学，主要对微机械的运动机理、动力的传导以及机电系统的特征进行研究；二是材料学，微型机械的制造需要独特的材料作为微机构件，对制造材料在特殊环境下发生的变形效应进行研究；三是微摩擦学，从微观角度对原子与分子在运动过程中发生的碰撞所产生的力学变化进行观察，对产生损伤的机理进行研究，找出解决问题的方法。

2.2微型机械设计所涉及的学科分类

第一，微机构学。在微型机电的研究过程中，微机构学是重点，它主要研究内容是在狭小的空间内进行能量的传递，将某些物质运动进行转化，根据这些运动机理完成一些动作，并确保其精确度。因为运动的空间很小，能够用于支配的能量非常的有限，所以在进行微型机械的设计过程中应该尽量减少零件的使用。在此要求下，微机构学研究的过程中应从三方面出发：首先应该坚持体积的微型化、能源消耗的节约化的设计研究原则，从多功能的微组合角度出发，加强对微机构和微电子组成的集成系统的组合原理进行研究与设计；对微机构组合系统中的动力原理进行分析，重点研究微型机械系统中弹性动力学和多柔性动力学的产生原理；研究微型机械设备在从事制造过程中发生误差的原因，系统内部构件在运动过程中发生摩擦效应产生的影响等。

第二，微机械构件的材料力学。微型机械系统的构件制造材料不同与普通机器产品，首先必须能够满足机械工作的性能要求：其次，应当可以进行纳米技术加工，这就要求所选材料具备特殊的物理性能，如果在一定范围内将构件的尺寸进行缩减，这样就能减少材料的缺陷，增强材料的机械性能，理论研究中将其称为尺寸效应。

第三，微摩擦学。摩擦学是机械设计中必须研究的内容，在微型机械研究中，因为机械本身的能源很小，不会产生过大的摩擦力，所以，应当研究如何让微型机械系统内部实现零摩擦，将构件的损耗度降到最低，从而有效地延长机械使用寿命，重点研究内部构件的分子运动规律、防磨擦材料的研发等。

3总结

综上所述，微型机械设计的基础研究是一项精密、复杂，涉及面广泛的工作，对于微型机械构件的物理、化学变化特性要认真了解，从多学科角度分析其设计原理。虽然现在我们的研究还存在很多困难，但是相信只要经过不懈的努力，微型机械将会发挥更大效用。

作者：尤士谆 单位：重庆工业职业技术学院机械工程学院