重庆大学“微机械设计及制造”考试题解

第1页共5页研究生课程考核试卷（适用于课程论文、提交报告）科目：微机械设计及制造教师：姓名：学号：专业：类别：上课时间：年月至年月考生成绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语：阅卷教师(签名)重庆大学研究生院制第2页共5页重庆大学研究生《微机械设计与制造》课程考核要求1）引用的参考参考文献及资料需要注明；2）提交时间：年月日上课按组提交，交纸质稿及电子稿。一、基本概念（35分）1.解释微机械系统及组成？答：微机械系统即微机电系统，指的是用微电子和精细加工手段制造的含有结构和系统尺寸较小的静止或可动构件的机械装置。微机械系统的组成有：微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口、通信和电源。引自：微型机械制造技术微机械系统技术与发展郭志平2004年10月2日2.解释微机械设计的目的？答：微机械设计的的目不仅仅在于缩小尺寸和体积，更在于通过微型化、集成化、来搜索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域，形成批量化产业。引自：微型机械加工技术发展现状和趋势分析3.解释微机械系统的特性？答：微机械系统的特性有：1）微型化：微机械系统的器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。2）以硅为主要材料，机械电器性能优良：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨。3）批量生产：用硅微加工工艺在一片硅片上可同时制造成百上千个微型机电装置或完整的微机械系统。批量生产可大大降低生产成本。4）集成化：可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出可靠性、稳定性很高的微机械系统。5）多学科交叉：微机械系统涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。引自：微机械系统技术与发展郭志平2004年10月2日4.解释微位移机构的分类？答：微位移机构根据产生微位移的原理可分为机械式和机电式的微位第3页共5页移机构。其中机械式的微位移机构包括：精密丝杠、差动丝杠微位移机构，杠杆机构微位移机构，弹性结构（包括扭簧、弯曲弹簧、横向压缩弹簧、伸缩筒、弹簧膜片膜盒）微位移机构，齿轮机构微位移机构，楔块机构、凸轮机构微位移机构。机电式的微位移机构包括：电热式（包括电热伸缩棒、电热伸缩筒）微位移机构、电磁式（包括电磁、磁致伸缩）微位移机构，压电、电致伸缩（包括压电陶瓷、电致伸缩器件）微位移机构。引自：第六十九讲微位移机构。5.解释微机械设计的尺寸效应？答：微机械设计的尺寸效应是：在宏观领域作用微小的力和现象，在微观领域可能起着重要的作用。在微小尺寸领域，与特征尺寸L的高次方成比例的惯性力、电磁力等的作用相对减小，而与尺寸的低次方成比例的粘性力、弹性力，表面张力、静电力等的作用相对增大；随着尺寸的减小，表面积与体积之比相对增大，表面力学、表面物理效应将起主导作用。引自：微机械系统技术与发展郭志平2004年10月2日6.解释微机械的微细加工？答：微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法。在微机械研究领域中，从尺寸角度，微机械可分为1mm~10mm的微小机械，1μm~1mm的微机械，1nm~1μm的纳米机械，微细加工则是微米级精细加工、亚微米级微细加工、纳米级微细加工的通称。广义上的微细加工，其方式十分丰富，几乎涉及现代特种加工、微型精密切削加工等多种方式，微机械制造过程又往往是多种加工方法的组合。从基本加工类型看，微细加工可大致分为四类：分离加工——将材料的某一部分分离出去的加工方式，如分解、蒸发、溅射、切削、破碎等；接合加工——同种或不同材料的附和加工或相互结合加工方式，如蒸镀、淀积、生长等；变形加工——使材料形状发生改变的加工方式，如塑性变形加工、流体变形加工等；材料处理或改性和热处理或表面改性等。引自：微细加工技术概述及其应用。7.解释微传感器？答：微传感器是一种基于半导体工艺技术的新一代传感器器件，它应用新的工作机制和物化效应，采用与标准半导体工艺兼容的材料，用微细加工技术制备的，微传感器具有微型化、智能化、低功耗、易集成的特点。引自：微传感器。二、微型机械设计的基本原理及方法（10分）答：微型机械设计的基本原理是：微型机械的设计与传统的设计不同，传统的设计思路是从零件到装配到系统，是自下而上的方法。微型机械的设计采用微电子和微机械加工技术将所有的零件、电路和系统在通盘考虑第4页共5页下几乎同时设计和制造出来，零件和系统是紧密结合在一起的，是一种自上而下的方法。微型机械设计的方法：微型机械设计和模拟主要包括微机构设计、微系统建模和仿真、有限元分析、CAD/CAM、虚拟现实等以计算机为工具的设计方法。引自：张西慧，梁春广.微机电系统技术进展.河北工业大学学报2003年第5期。三、微型机械制造的基本原理及方法（10分）答：微型机械制造的基本原理是：微型机械制造是以硅基微机械加工技术和非硅基微机械加工技术为基础，制造加工微机械系统所需的微电子器件、电路、机械元件、传感器、执行器等零部件，并将其通过封装和测试后组装为小的微机械系统，再将其通过封装和测试后组装在微型机械工作的系统中，从而实现与宏观环境的连接，发挥微机械系统的特有性能的过程。微型机械制造与微型机械设计是相辅相成的，是一个边设计、边分析、边测试、边模拟、边修改、边制造的过程。微型机械制造的方法：硅基微机械加工技术（包括体硅微机械加工技术、表面硅微机械加工技术及固相键合技术）、LIGA加工技术、激光微机械加工技术、深等离子体腐蚀技术、紫外线厚胶腐蚀技术。引自：何涛,杨竞,范云.先进制造技术.北京：北京大学出版社，2006。四、综述及分析？（30分）根据自己所选的题目及所研究内容部分拟写论文，课程论文要求：1.文献的综述，选题研究的国内外现状分析，选题研究目的及意义；2.微机电系统原理、方案设计及分析；3.建立微机电系统模型及运动分析；4.结构设计及仿真分析；5.结论；6.参考文献。注意：1）论文拟写：按照“中国机械工程”期刊论文发表格式。2）引用的参考参考文献及资料需要注明。五、学习心得体会？（15分）答：通过对《微机械设计及制造》课程的学习，使我对微机械设计及制造方面的知识有了比较系统的的理解和掌握，同时对微机械系统及组成、微机械系统的特性、微机械设计的目的、微型机械设计、制造的基本原理及方法有了更深入的认识。由于在企业一直从事的是重型汽车及零部件的开发和工艺技术工作，也没有进行过微机械设计及制造相关知识方面的进修和学习，因此，在微机械设计及制造方面的认知完全是一片空白。通过本课程的学习，不仅使我对微机械设计及制造这门专业有了更深刻的了解，而且通过老师的循序渐进、层层深入、理论联系实际的精彩讲解和解读，第5页共5页更是激发了我自己对微机械设计及制造相当浓厚的专业兴趣。通过《微机械设计及制造》的学习，使我充分的认识到，尽管平时从事的是机械制造行业的工作，但自身掌握的知识还很窄，自己要学习的知识还有很多很多，从而真正体会到了学无止境的深刻内涵。在微机械的设计方面，通过学习，使我了解了微型机械设计和模拟主要包括微机构设计、微系统建模和仿真、有限元分析、CAD/CAM、虚拟现实等方法。在微机械的制造加工方面，通过学习，是我对硅基微机械加工技术、LIGA加工技术、激光微机械加工技术、深等离子体腐蚀技术、紫外线厚胶腐蚀技术等加工技术有了初步的认识。在写课程论文和做考核试卷时，通过老师的课件和网上有关微机械方面的资料的查找，使我充分感觉到，在当今信息化的时代，网上有关微机械方面的资料也是挺多的，可谓是百花齐放，百家争鸣，但也要注意自己要甄别，要各取所需。通过该门课程的学习，使自己掌握了一种十分有效的查找资料的方法。同时，通过该门课程的学习，使我了解到，当今中国，在微机械设计及制造方面尽管取得了一定的研究成果，但与世界上先进国家相比，还处在起步阶段，很多技术还不够成熟，缺乏创新性和自主知识产权，并且制造精度还与国际先进水平存在很大差距，还需要我们大家的持续不断的创新和努力。在该门课程学习的同时，老师还同时布置了以3-4人为一组，在学习之余，针对所学习的微机械设计及制造知识，写一篇微机械设计及制造方面的课程论文，并在学习的最后一天，进行了现场答辩。尽管时间紧，要求急，有许多同学认为不能完成。但经过老师的耐心指导和同学们的艰苦努力，按时完成了论文的写作和答辩任务，效果良好，我自己也完成了一项认为是不能完成的任务。通过本次课程论文的协作和答辩锻炼，增长了自己的知识，锻炼了自己的能力，提高了自己的水平。作为重庆大学在职硕士研究生，《微机械设计及制造》这门课程是作为一门专业方向及特色任选课程，当初选择这门课程的目的是想拓展一下认识，开阔一下视野，增长一点知识。通过该门课程的学习，不仅使自己掌握了有关微机械设计及制造方面的新知识，还掌握了学习的方法，写论文的方法以及答辩方面的技巧，对今后毕业论文的写作和答辩均有很大的帮助作用，实际效果大大超过预期，这要非常感谢老师的精彩讲解和耐心指导。