離心加速度開關之設計與模擬

Design and Simulation of Centrifugal G-switch

劉孟杰(Meng-Chieh Liu)

指導教授 ： 翁宗賢

國立臺灣大學/工學院/應用力學研究所/碩士(2011年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2011.02383

摘要

本論文擬以ANSYS/LS-DYNA設計並模擬離心式加速度開關。當離心式加速度開關受到一定限值之離心加速度時，其內之保險機構裝置即由斷路轉為通路狀態，觸發啟動信號，使得裝置得以遂行後續任務。
加速度開關（或稱G-開關）即是當裝置承受一定限之加速度時，位於加速度開關內部之加速儀即啟動觸發裝置，使整體裝置開始運作。一般加速度開關受到環境外加之脈衝波加速度，使得內部質量塊因慣性力產生位移，推動觸發機構裝置，導通電路，達成開關之目的。有別於一般加速度開關，離心式加速度開關所受乃一持續性之加速度場，故其保險機構與穩定性之設計考量，與一般加速度開關並不盡相同。
本研究所設計與模擬之離心式加速度開關，主要由離心向的加速度感測元件與卡榫機構組成。由於離心加速度取決於整體裝置角速度平方與加速度開關質量質心至旋轉軸距離之乘積，本文設定加速度開關在轉速1,000rpm以下安全不作動，轉速達2,000rpm時則進入鎖定狀態並觸發開關。考量加速度開關之各種不同幾何條件，分別模擬並分析上述兩種情況下之暫態響應與應力分佈狀態，最終設計出符合目標之離心式加速度開關，不但完全符合在2000rpm時觸發開關的需求條件，發揮開關的功能，且在額外承受軸向1000G的衝擊時，所有的構件均在材料的彈性範圍內，無破壞之虞。

關鍵字

加速度開關 ； 離心加速度 ； 微型加速儀 ； 衝擊模擬

並列摘要

In this thesis, a centrifugal G-switch was designed and its performances were simulated by ANSYS/LS-DYNA. When a centrifugal G-switch subjected to a threshold centrifugal acceleration field, the switching mechanism inside the centrifugal G-switch will turn on and deliver signals to initiate the subsequent processes.
A G-switch is a device as placed in a critical acceleration field, the accelerometer inside G-switch will turn on and delivers a output signal to trigger subsequent processes. As the G-switch receives an impulsive acceleration from environment, the proof mass experiences an inertial force which moves the contacts in touch to trigger a contact signal. The difference between a centrifugal G-switch and a general G-switch is that the centrifugal G-switch is designed for steady acceleration field. Therefore, the consideration of stability and safety is essential in the G-switch.
Accordingly, the centrifugal G-switch designed in this thesis is composed of a latch mechanism and an accelerometer. Because the centrifugal acceleration is determined by the product of square of the angular speed and the distance between the mass centroid of the proofmass of the G-switch and rotation axis, we set the centrifugal G-switch will not turn on at 1,000 rpm and turn on at 2,000 rpm. With considerations of various geometry conditions, the proposed centrifugal G-switch can meet these two situations. Numerical simulations of the G-switch indicate that the designed G-switch can function properly under these two rotation situations. In addition to an axial acceleration impact of 1000G, all components of the centrifugal G-switch are in the elastic region of the silicon, based on which the G-switch will be fabricated.

並列關鍵字

G-switch ； centrifugal acceleration ； micro accelerator ； impact simulation

參考文獻

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