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微硬盘磁头弹性臂的研究

作　者: 刘爱龙
导　师: 黄大贵
学　校: 电子科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 微硬盘磁头弹性臂固有频率模态振型集中质量法假设模态法
分类号: TP333.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 161次
引　用: 4次
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内容摘要

随着硬盘驱动器技术的发展,微硬盘被广泛应用于便携式计算机及其他数码产品中。微硬盘对磁头定位精度的要求比大硬盘要高很多,这就特别要求微硬盘磁头弹性臂具有良好的振动特性。本文通过理论分析和软件仿真相结合的方法,对微硬盘磁头弹性臂的振动特性进行了研究,找到了一英寸微硬盘磁头弹性臂在工作频率附近的固有频率和模态振型。在此基础上,通过理论建模和有限元分析的方法对微硬盘磁头弹性臂进行分析计算,提出了微硬盘磁头弹性臂的优化方向。首先,对硬盘驱动器的结构和工作原理进行分析,得到了微硬盘磁头弹性臂的工作环境,用Solidworks2005软件建立了微硬盘磁头弹性臂的简化三维实体模型。并将建立好的三维实体模型导入ANSYS中进行网格划分,建立了微硬盘磁头弹性臂的有限元模型,并对其进行有限元结构分析,得到了微硬盘磁头弹性臂的各阶固有频率,并对其工作频率附近的各固有频率和模态振型进行了分析。其次,对悬臂梁结构进行了理论分析,应用牛顿运动定律,建立了悬臂梁系统的连续模型,并用集中质量法和假设模态法对悬臂梁系统进行了离散化,运用影响系数法对离散化后的系统进行了分析,并把分析结果和连续系统进行了对比,得到了变截面梁的一般分析方法。接下来,重点对微硬盘磁头弹性臂进行了分析,建立了简化的连续系统模型,并用振动理论来分析该系统,求取其固有频率和模态振型,并对微硬盘磁头弹性臂的几种结构进行了离散化建模,分析了这些结构对整体特性的影响,并用ANSYS有限元软件进行了仿真。通过对微硬盘磁头弹性臂的这些分析,本文找到了一套“连续系统建模——集中参数模型指导——有限元修正”相结合的系列设计方法,使各种分析方法形成互补。通过这种系列方法,对微硬盘磁头弹性臂的结构进行了分析,并指出了其优化目标和方法。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪言  10-25
  1.1 硬盘技术的发展现状  10-13
  1.2 硬盘的结构和工作原理  13-14
    1.2.1 硬盘的结构  13-14
    1.2.2 硬盘的工作原理  14
  1.3 硬盘的关键技术  14-18
    1.3.1 读写磁头技术  14-15
    1.3.2 S.M.A.R.T 技术  15
    1.3.3 滑行磁头技术  15-16
    1.3.4 磁记录垂直读写技术  16-18
    1.3.5 磁头二级定位技术  18
  1.4 硬盘技术展望  18-19
  1.5 微硬盘技术简介  19-24
    1.5.1 微硬盘技术的优势  20
    1.5.2 微硬盘的结构分析  20-21
    1.5.3 微硬盘的发展现状  21-24
  1.6 课题的研究内容及目标  24-25
第二章微硬盘磁头弹性臂的有限元分析  25-34
  2.1 微硬盘磁头弹性臂实体模型的建立  25-28
    2.1.1 工作环境及对微硬盘磁头弹性臂的要求  25-26
    2.1.2 微硬盘磁头弹性臂的物理构成  26-27
    2.1.3 SOLIDWORKS 软件简介  27
    2.1.4 微硬盘磁头弹性臂实体模型的建立  27-28
  2.2 微硬盘磁头弹性臂的有限元分析  28-33
    2.2.1 有限元分析软件ANSYS 简介  29
    2.2.2 SOLID95 实体单元简介  29-31
    2.2.3 微硬盘磁头弹性臂的有限元分析  31-33
  2.3 本章小结  33-34
第三章悬臂梁模型的振动分析及其简化  34-52
  3.1 悬臂梁模型的振动分析  34-40
    3.1.1 振动系统的分类  34-35
    3.1.2 连续系统的振动分析  35
    3.1.3 等截面梁的弯曲振动分析  35-37
    3.1.4 等截面悬臂梁的弯曲振动分析  37-40
  3.2 悬臂梁模型的简化  40-42
    3.2.1 悬臂梁弯曲振动的近似解法  40
    3.2.2 集中质量法简介  40-42
    3.2.3 假设模态法简介  42
  3.3 应用集中质量法简化悬臂梁模型  42-48
    3.3.1 悬臂梁离散化为两段求解  42-45
    3.3.2 悬臂梁离散化为三段求解  45-48
  3.4 应用假设模态法简化悬臂梁  48-50
  3.5 本章小结  50-52
第四章微硬盘磁头弹性臂的振动分析  52-72
  4.1 微硬盘磁头弹性臂的等截面模型  52-55
    4.1.1 微硬盘磁头弹性臂的连续模型  52-53
    4.1.2 连续模型的有限元仿真  53-55
  4.2 孔结构对微硬盘磁头弹性臂结构的影响分析  55-61
    4.2.1 逐段刚化法介绍  56-58
    4.2.2 孔结构对微硬盘磁头弹性臂的影响分析  58-60
    4.2.3 带孔微硬盘磁头弹性臂的软件仿真  60-61
  4.3 孔的特性对微硬盘磁头弹性臂结构的影响分析  61-64
    4.3.1 孔的位置对微硬盘磁头弹性臂的影响分析  61-63
    4.3.2 孔的大小对微硬盘磁头弹性臂的影响分析  63
    4.3.3 孔的位置及大小的有限元仿真  63-64
  4.4 斜度对微硬盘磁头弹性臂结构的影响分析  64-68
    4.4.1 斜度对整体影响的理论分析  64-67
    4.4.2 斜度对整体影响的有限元仿真  67-68
  4.5 微硬盘磁头弹性臂结构的分析与改进  68-70
    4.5.1 微硬盘磁头弹性臂的静力分析  68-69
    4.5.2 微硬盘磁头弹性臂结构优化的探讨  69-70
  4.6 本章小结  70-72
第五章总结与展望  72-74
  5.1 工作总结  72
  5.2 工作展望  72-74
参考文献  74-77
致谢  77-78
攻读硕士期间的主要研究成果  78-79
附录1 零部件工程图  79-82
附录2 牛顿迭代法的C 语言源程序  82

微硬盘磁头弹性臂的研究

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