مدل‌سازی میرایی در میکرومحرک های‌‌ پیچشی دو محوره با درنظر گرفتن خمش تیرهای نگهدارنده

میکرومحرک‌های پیچشی در کاربردهای متعددی از جمله سوئیچ‌های نوری، تصویربرداری زیست پزشکی و نورشناسی مورد استفاده قرار می‌گیرند. میرایی لایه هوای فشرده یکی از مکانیز مهای اتلاف انرژی در این میکرومحرک‌ها می‌باشد. این میرایی، یک عامل کلیدی در تع یین عملکرد دینامیکی سیستم‌های میکروالکترومکانیکی می‌باشد که به طور گسترده مورد توجه محققان قرار گرفته است. هدف از این مقاله نیز، مدل‌سازی میرایی لایه هوای فشرده در میکرومحرک‌های پیچشی دو محوره با درنظر گرفتن اثر خمشی تیرهای نگهدارنده می‌باشد. بدین منظور ابتدا معادله رینولدز حاکم بر رفتار هوا حبس شده در زیر میکرومحرک نوشته و سپس با توجه به شرایط مسئله و صر فنظر از اثرات اینرسی هوا در مقایسه با اثرات لزجت، معادله رینولدز، ساده‌سازی شده است. معادله حاصل پس از بی‌بعدسازی، با استفاده از روش گسترش یافته‌ی کانتروویچ، حل شده و توزیع فشار هوای فشرده به دست آمده است. از توزیع فشار حاصله به منظور محاسبه نیرو و گشتاور میرایی لایه هوای فشرده استفاده شده است. در ادامه، تاثیر پارامترهای طراحی میکرومحرک دو محوره روی گشتاورهای میرایی بررسی شد و برای تحلیل دقیق‌تر اثر این پارامترها برروی گشتاورها و نیروی بابعد نیز مورد مطالعه قرار گرفت. از نتایج این مقاله می‌توان به خوبی برای مدل‌سازی دقیق دینامیک و کنترل میکرومحرک‌های پیچشی استفاده کرد.

Damping Modeling in Dual Axis Torsion Micro-Actuators Considering the Bending of the Supporting Beams

Torsional microactuators are employed in a variety of applications such as optical switches and biomedical imaging. Squeezed film damping is one of the important energy loss mechanisms in these systems. This kind of damping is a key factor in the performance characterization of microelectromechanical systems and has been paid attention by many researchers. The objective of this paper is modeling the squeeze film air damping in dual axis torsional microactuators by considering the bending of the supporting torsion beams. To do so, first, the air inertial effects is neglected compared to its viscosity and the Reynolds equation governing the behavior of trapped air between the actuator and the underneath plate is simplified. The resulting equation is then normalized and solved using the extended Kantorovich method for obtaining the air pressure distribution under the plate. This pressure distribution is then employed for finding the damping force and torques. A parametric study is also carried out to determine the effect of different design parameters on the damping of the system. The results of this paper can be effectively employed for accurate dynamic modeling of dual axis torsional microactuators.