基于LIGA技术的微行星齿轮减速器的设计和制造

首页

2018-10-06

基于LIGA技术的微行星齿轮减速器的设计和制造时间:2018-3-2414:26:00  摘要:使用同步辐射光和X射线掩模板的LIGA技术能够制造大深宽比的三维微结构。 详细讨论了基于该技术的微行星齿轮减速器的设计和制造,包括微行星齿轮减速器的设计、微齿轮X射线掩模板的CAD技术、X射线深层光刻、微齿轮的微电铸和微复制,以及微行星齿轮减速器的微装配。 目前已经得到了金属镍的厚度为400Lm的太阳轮、行星轮,厚度为200Lm的固定内齿轮、旋转内齿轮,其齿数分别为15、11、36、39。

用这些微齿轮装配成了一台模数为、减速比为、最大外径为2mm的微行星齿轮减速器,并将其成功地应用在直径为2mm的电磁型微马达上。

关键词:3K-2型微行星齿轮减速器;微齿轮;LIGA;电磁型微马达  微行星齿轮减速器可以降低微马达的转速,提高微马达的输出力矩,是微机电系统的重要组成部件。

1994年日本东芝技术研究所使用微细电火花技术(EDM)制造出了模数为0104mm、减速比为的微行星齿轮减速器[1];1998年,上海交通大学用EDM技术研制出了模数为、减速比为的微行星齿轮减速器[2]。

使用同步辐射光和X射线掩模板的LIGA技术能够制造大深宽比的三维微结构,该结构侧壁陡峭,表面平整[3]。 利用LIGA技术的特点,我们又研制出模数为、最大外径为2mm的3K-2型微行星齿轮减速器。

1 微行星齿轮减速器的设计  图1是微行星齿轮减速器结构示意图,a、g、b、e分别是太阳轮、行星轮、固定内齿轮、旋转内齿轮。

太阳轮是输入轮,旋转内齿轮是输出轮。 输入输出同轴。

图1 微行星齿轮减速器  有3个理论中心距,分别是太阳轮和行星轮的理论中心距aag,固定内齿轮和行星轮之间的理论中心距abg,旋转内齿轮和行星轮之间的理论中心距aeg。

3个理论中心距彼此不同,为了保证啮合,在行星轮g和别的齿轮之间必须有一个共同的实际中心距。

显然,实际中心距的最大值amax和最小值amin之间。

为保证微齿轮的加工性和啮合性,避免微齿轮干涉,我们设定微齿轮的变位系数是正值,旋转内齿轮的变位系数xe=0。

因为旋转内齿轮的齿数最多,旋转内齿轮的变位系数取为0可有效降低微减速器的尺寸。

基于以上设定,我们在amax和amin之间插值,就可以得到实际中心距为[4]a=amin+(amax-amin)  有了实际中心距,根据通常行星齿轮减速器的计算公式[5],就可计算出微齿轮的参数。 表1是模数为的微行星齿轮减速器的计算参数。 表1 模数为的微行星齿轮减速器的计算参数2 X射线掩模板的CAD技术及加工  在用LIGA技术进行加工时,需要先制作出X光掩模板图形,掩模板图形是通过矩形窗口在光刻胶上连续曝光而形成的。

因此,用LIGA技术制备微齿轮的第一步是要把齿轮进行矩形分割,且矩形窗口在~150μm之间(视掩模板曝光机技术参数而定),分割要包容所有的区域,只允许重叠,不允许遗漏,否则,曝光不到的地方将不能显影成图形,齿轮的制作也只能以失败告终。 基于以上考虑,将各个微齿轮图形分割成无数个长方形图形,并在坐标系中以五参数(M、N、Q、a、b)表示,其中M、N为长方形中心坐标,Q为长方形一边与水平轴夹角,a、b分别为长方形的边长。

太阳轮、行星轮、固定内齿轮、旋转内齿轮分别被分割成1095、803、1548、1443个曝光矩形窗口。 这些矩形窗口转化成曝光机可识别的加工数据文件输出。

图2是太阳轮、外轮齿分割图,图3是内齿轮、内轮齿分割图。 图2 太阳轮、外轮齿分割图IMGsrc="http://newmak。