MEMS微平面构件空气阻尼效应研究.pdfVIP

中国机械工程第16卷第14期2005年7月下半月 MEMS微平面构件的空气阻尼效应研究 王小静 刘永武 王 敏 陈晓阳 上海大学，上海，200072 摘要：对垂直于衬底表面运动的微平面构件产生的空气挤压阻尼进行研究。从非线性修 正雷诺方程出发，计入稀薄气体效应，建立微平面空气挤压理论模型，用有限差分法进行求解。 研究揭示了在谐振挤压运动周期内挤压膜的性能变化。研究发现，气体稀薄效应必须在理论 分析模型中计入，否则，将高估空气阻尼的影响。微构件平面尺寸增大将增大挤压阻尼力，且 阻尼力的增大速度大于微构件面积的增大速度。谐振频率的提高将显著增强空气阻尼效应。 关键词：挤压阻尼；稀薄气体；微平面构件；微机电系统 中图分类号：TM358 文章编号：1004—132X(2005)14—1276一03 onthe onMEMSParallelPlates Study SqueezedAir--damping Liu MinChen WangXiaojing Wang Yongwu Xiaoyang 2 ShanghaiUniversity，Shanghai，20007 Abstract：Airofa micromechanicalstructurethatoscillatesinthenormaldirec— dampingplanar tiontothesubstratewas models the film have investigated．Theoreticalinfluencingsqueezedamping been for air—filmmodelhas derivedfromthe the been developedtransverselyoscillatingplates．The modifiednonlinear theinfluencesofthe rarefactionwere Reynoldsequation，where gas of filmsuchasthevariationofthe distributionandtheair load performancesqueeze pressure damping were thescaleeffectsinMEMS，thetheoreticalshouldincluderarefaction． analyzed．For analyses gas will Thetraditional1ubricationwithoutrarefactioneffectsoverestimatethenumericalre— equation gas suhs．Withthemicrostructuresize effectsrise．The increasing。thesqueezedampin