Fabricación y caracterización de un amplificador mecánico flexible

H. D. Kennedy-Cabrera^a, J. Hernández-Torres^a, A. L. Herrera-May^a, J. Mireles Jr. García^b and A. Sauceda-Carvajal^b

^a Centro de Investigación en Micro y Nano Tecnología, Universidad Veracruzana, Calz. Ruiz Cortinez SN, Cp. 94292, Boca del Rio, Ver. México.

^b Centro de Investigación para Ciencia Aplicada y Tecnología, Universidad Autónoma de Cd. Juarez, Av. del Charro 451, Cp. 32310, Cd. Juarez Chih., México.

Resumen

Las características de desempeño de un mecanismo para amplificar desplazamientos mecánicos, como la ganancia geométrica en régimen forzado, la ganancia geométrica en resonancia y la frecuencia de resonancia, son obtenidas mediante interferometría óptica y comparados con los valores obtenidos mediante elemento finito en ANSyS. Se describe el principio de operación del mecanismo y mediante simulaciones numéricas en ANSyS, se obtienen los rangos de operación del mismo. La similitud entre los resultados experimentales y las simulaciones numéricas muestran que la metodología seguida es adecuada.

Descriptores: Amplificación mecánica; mecanismos monolíticos flexibles; piezoamplificación; diseño mecánico; fabricación por CNC.

Abstract

The performance characteristics of a compliant mechanical displacement amplification mechanism, as well as the geometrical gain in forced regime, the geometrical gain in resonance and the resonance frequency are obtained by using optical interferometry and compared with values obtained using the finite element analysis software ANSYS. The operation principle and the limits of the compliant mechanism are described by numerical simulations in ANSYS. The similarity between the experimental results and numerical simulations show that the used methodology is adequate to describe its design and its mechanical performance.

Keywords: Mechanical amplification; compliant mechanism; piezoamplification; mechanical design; CNC fabrication.

PACS: 62.40.+i; 85.50.-n; 46.70.-p

DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF

Referencias

1. N. Sclater and N. Chironis, Mechanism and mechanical devices sourcebook, Cap. 5, (McGraw-Hill, New York, 3^rd. Ed. 2001).         [ Links ]

2. L.L. Howell, Compliant Mechanisms, (John-Wiley Publications, 2001) http://news.nationalgeographic.com/news/2003/07/0730-030730_frogliopper.html        [ Links ]

3. S. Kota Smarth Materials Bulletin 1 (2001) 7-10.         [ Links ]

4. S. Kota, L. Zhe, J. Joo, S. M. Rodgers and J. Sniegowski Analog Integrated Circuits and Signal Processing, 29 (2001) 7-15.         [ Links ]

5. H. Du, G.K. Lau, M.K. Lim, and J. Qui, Smart Materials Structures 9 (2000) 788-800        [ Links ]

6. N. Lobontiu, and E. Garcia, Computers and Structures 81 (2003) 2797-2810.         [ Links ]

7. G.K. Ananthasuresh, Optimal Synthesis Methods for MEMS, (ed. Kluwer Academic Publishers, Boston 2003).         [ Links ]

8. J. Hetrick, and S. Kota, Transactions of ASME, Journal Of Mechanical Design 121 (1999) 229-234.         [ Links ]

9. A. Saxena, and G. K. Ananthasuresh, Structural and Multidisciplinary Optimization 19 (2000) 36.         [ Links ]

10. S. Canfield, and M. Frecker, Structural and Multidisciplinary Optimization 20 (2000) 269-279.         [ Links ]

11. H. Maddisetty, and M. Frecker, Transactions of ASME, Journal of Mechanical Design 126 (2004) 975-983.         [ Links ]

12. S. Kota et. al., "Compliant displacement multiplying Aparatus for Microelectromechanical System", US patent 6,175,170 B1 (2001).         [ Links ]

13. A. Sauceda-Carvajal, H. D. Kennedy-Cabrera, J. Hernández-Torres, A. L. Herrera-May and José Mireles, "Compliant MEMS mechanism to extend resolution in Fourier transform spectroscopy", Proc. SPIE 8973, Micromachining and Micro-fabrication Process Technology XIX, 89730S (March 7, 2014).         [ Links ]

14. O. Manzardo, H. P. Herzig, R. Marxer, and N. F. Rooij, Optics Letters 24 (1999) 1705-1707.         [ Links ]