基于LIGA技术的微行星齿轮减速机的设计-河北桥星减速机制造有限公司

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基于LIGA技术的微行星齿轮减速机的设计

发布时间:2014/6/16 9:28:26
本人细致讨论了基于该技术的微行星齿轮减速机的设计和制造,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。
 运用同步辐射光和X 射线掩模板的L IGA 技术能够制造大深宽比的三维微结构。细致讨论了基于该技术的微行星齿轮减速机的设计和制造,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。目前曾经得到了金属镍的厚度为400Lm 的太阳轮、行星轮,厚度为200 Lm 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0.03 mm、减速比为44. 2、_外径为2 mm 的微行星齿轮减速器,并将其成功地应用在直径为2 mm 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;L IGA;电磁型微马达

微行星齿轮减速器可以降低微马达的转速,进步微马达的输出力矩,是微机电系统的重要组成部件。1994 年日本东芝技术研讨所运用微细电火花技术(EDM ) 制造出了模数为0104 mm、减速比为44.2 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0.06mm、减速比为44.2 的微行星齿轮减速器[ 2 ]。运用同步辐射光和X 射线掩模板的L IGA 技术能够制造大深宽比的三维微结构,该结构侧壁峻峭,表面平整[ 3 ]。应用LIGA 技术的特性,我们又研制出模数为0.3 mm、_外径为2 mm 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表示图,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 微行星齿轮减速机有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_啮合,在行星轮g 和别的齿轮之间必需有一个共同的理论中心距。显然,理论中心距的_值amax 和_小值amin 之间。为_微齿轮的加工性和啮合性,避免微齿轮干预,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x e =0。由于旋转内齿轮的齿数_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am in 之间插值,_可以得到理论中心距为[ 4 ]

a = amin + 0.76 (amax - amin)

有了理论中心距,根据通常行星齿轮减速器的计算公式[ 5 ] ,_可计算出微齿轮的参数。表1 是模数为0.03 mm 的微行星齿轮减速器的计算参数。
表1 模数为0.03mm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L IGA 技术中止加工时,需求先制造出X 光掩模板图形,掩模板图形是经过矩形窗口在光刻胶上连续曝光而构成的。因此,用LIGA 技术制备微齿轮的_步是要把齿轮中止矩形分割,且矩形窗口在0.1~ 150μm之间(视掩模板曝光机技术参数而定) ,分割要包容_的区域,只允许堆叠,不允许遗漏,否则,曝光不到的中央将不能显影成图形,齿轮的制造也只能以失败告终。基于以上思索,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。齿轮减速机的太阳轮、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。

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