计算机光盘驱动器高速旋转盘片的解析动力学研究

【摘要】旋转盘片作为旋转机械中的基本元器件,广泛应用于计算机数据存取设备、圆盘锯片、旋转圆盘干燥机、盘式制动器和发动机与液力变矩器间的弹性连接盘等领域。计算机光盘驱动器中光盘旋转时的振动会造成数据读取错误、光驱和光盘寿命降低等问题,因此对光盘驱动器高速旋转盘片动力学特性进行研究具有重要的科学意义和实用价值。本文首先对光驱的内部结构和工作原理进行了分析,根据实际测量结果在CATIA中建立光驱和盘片的三维模型。使用ANSYS有限元软件对光驱进行了受力分析和刚度计算,并求解了支架装置及盘片在无转速和高转速(7200转／分,15000转／分)下的振动模态和固有频率。接下来,考虑电机的发热量,并分析计算盘片热对流系数和盘片内径处热流密度,利用ANSYS有限元获得盘片及支架装置的温度分布,研究在热应力和离心应力的共同作用下盘片及支架装置的振动模态和固有频率。这一部分ANSYS有限元研究为下文解析开展盘片动力学特性分析提供数据支持和结果验证参照。其次,基于板壳振动力学基本原理,考虑盘片旋转离心应力,根据盘片的力平衡方程及实际边界条件获得盘片上任意点的应力分布函数,通过旋转盘片的动能和势能应用汉密尔顿原理推导旋转盘片的横向振动变形偏微分方程及其边界条件。采用伽辽金法对偏微分方程进行离散处理获得其常微分方程组模型,通过特征值计算,研究转速和盘片固有频率间的变化关系,.得出盘片的临界转速,同时分析盘片厚度、外径和内径对其临界转速和固有频率的影响。再次,分析旋转盘片的传热学特性,建立盘片的热传导方程模型及其边界条件,并将内径处的边界条件分为温升和热流密度两种情况进行求解和讨论。对温度影响下的盘片进行热弹性内力分析,应用达朗伯原理得出热弹性盘片力平衡和弯矩平衡方程,建立旋转盘片热弹性横向振动方程模型及对应的边界条件。对温度场和热应力函数进行解析求解,并使用伽辽金法对热弹性盘片振动方程进行离散化处理,进而研究盘片内径处的温升和热流密度对高速旋转热弹性盘片动力学特性的影响。最后,在盘片内径处考虑其五自由度简化支撑模型,重新确立旋转盘片的动能和势能,根据汉密尔顿原理得出盘片的横向振动控制方程,同样应用伽辽金法对方程离散,进而分析各支撑刚度对旋转盘片动力学特性的影响。在国家自然科学基金项目“超临界转速旋转圆盘热弹性耦合动力学和减振机理研究(51105164)”的资助和支持下,本文以计算机光盘驱动器为应用背景所开展的高速旋转盘片解析动力学研究工作,可为计算机光驱以及旋转盘片其它应用领域的发展奠定理论基础和提供技术参考。
【作者】王冬；
【导师】裴永臣；
【作者基本信息】吉林大学，机械设计及理论，2014，硕士
【关键词】旋转盘片；计算机光驱；热弹性耦合；支撑刚度；固有频率；临界转速；

【参考文献】
[1]崔磊.机会网络拥塞控制与路由协议研究[D].南京邮电大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[2]卢丽霞.地铁施工项目成本管理研究[D].北京交通大学,2014.
[3]张驰.高动态条件下OFDM系统信道估计算法研究及实现[D].西安电子科技大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[4]张诚.数据分析对膨体加自体耳廓软骨鼻整形术鼻尖效果的评估[D].广西医科大学,美容整形外科（专业学位）,2013,硕士.
[5]杨娟.基于三角形配体的新型配合物的合成、结构与性质研究[D].西南大学,无机化学,2014,硕士.
[6]万祥慧.MSCT重建、重组层厚对正常肾上腺MPR图像质量的影响[D].泰山医学院,影像医学与核医学,2012,硕士.
[7]张夏力.论“劳动是人的本质”与“人的社会性”的统一[J].佳木斯大学社会科学学报,2015,01:7-9.
[8]张茹.基于Windows的经济型数控铣床系统控制软件的研究[D].西北工业大学,机械电子工程,2004,硕士.
[9]郑大志.基于Web服务和CORBA的分布式网络管理体系结构研究[D].武汉科技大学,计算机应用技术,2003,硕士.
[10]孙会儒.网络入侵检测系统中模式匹配算法的研究[D].西安电子科技大学,计算机系统结构,2011,硕士.
[11]马易苗.集装箱甩挂运输组织模式研究[D].西南交通大学,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[12]刘珊.建鲤Na~+-K~+-ATPase α1和β1基因的克隆及盐度对其表达的影响[D].南京农业大学,水产养殖,2011,硕士.
[13]徐娜.马克思法哲学批判视域中的政治国家与市民社会[D].复旦大学,马克思主义哲学,2013,博士.
[14]李湛.硫酸生产过程自动串酸系统的开发[J].冶金自动化,1999,06:35-36+41.
[15]陈劲松,苏智先.缙云山马尾松种群生物量生殖配置研究[J].植物生态学报,2001,06:704-708.
[16]张晓.农村育龄期妇女对家庭暴力认知水平及相关因素研究[D].山东大学,公共卫生（专业学位）,2013,硕士.
[17]尹文雯.和谐社会视角下大调解机制研究[D].宁波大学,公共管理硕士,2013,硕士.
[18]朱海燕.GIS空间分析方法在热带气旋研究中的应用[D].华东师范大学,2005.
[19]李振华.长沙市普通高中排球技术的教学方法创新研究[D].湖南师范大学,体育教学（专业学位）,2014,硕士.
[20]戴勇坚.房地产抵押法律制度研究[D].湘潭大学,法律,2003,硕士.
[21]刘荣华.崇州农产品质量安全追溯管理信息系统设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[22]王力,吕大刚,刘晓燕,王光远.大跨空间结构智能选型系统的研究与开发[J].哈尔滨工业大学学报,2003,06:644-646.
[23]李叶.石墨烯基燃料电池阴极催化剂的制备及氧还原性能研究[D].哈尔滨工业大学,2014.
[24]蒋峰.镍催化偶联反应的机理研究[D].上海大学,物理化学,2014,硕士.
[25]胡忆玲.慢性HBV感染患者心理干预效果评价研究[D].山东大学,公共卫生（专业学位）,2012,硕士.
[26]王承曙.最小熵褶积滤波的计算[J].石油地球物理勘探,1981,01:75-80.
[27]杨威.基于机器视觉的注塑过程检测技术[D].华中科技大学,材料加工工程,2013,硕士.
[28]冀刚.甜瓜属双二倍体与栽培黄瓜杂交亲和性研究[D].南京农业大学,蔬菜学,2012,硕士.
[29]卜建文.不同时期终丝和生长因子对神经干细胞增殖及分化的影响[D].郑州大学,外科学,2013,硕士.
[30]杨莉.基于CFAST的室内火灾特性研究[D].重庆大学,安全技术及工程,2014,硕士.
[31]贺清碧,胡久永.数据挖掘技术综述[J].西南民族大学学报(自然科学版),2003,03:328-330.
[32]傅勐哲.产业竞争程度与企业控制权的关系研究[D].浙江大学,金融学,2013,硕士.
[33]张艳云.兵团道路运输业发展水平综合评价体系研究[D].新疆农业大学,载运工具运用工程,2012,硕士.
[34]江有梅.新生代农民工社会融合中的NGO角色探析[D].福建师范大学,社会工作（专业学位）,2013,硕士.
[35]李然.银行自助设备管理信息系统[D].天津大学,软件工程,2013,硕士.
[36]王帅祺.我国民事再审事由研究[D].郑州大学,法律（专业硕士）,2013,硕士.
[37]韩国学.裁判文书改革刍议[D].吉林大学,法律,2004,硕士.
[38]邓鹏.中国劳务派遣制度的现实困境及其改革[D].安徽大学,西方经济学,2013,硕士.
[39]徐冰.电力系统交流电量采集器的设计[D].山东大学,电气工程（专业学位）,2013,硕士.
[40]黄承信.RNAi沉默CtBP1基因对人肝癌细胞株HepG2生物学行为的影响[D].桂林医学院,病理学与病理生理学,2012,硕士.
[41]周橙.滚动轴承质量检测装置信号处理系统的设计与实现[D].华中科技大学,机械工程,2013,硕士.
[42]马前前.氧化石墨烯及聚乙烯亚胺在海藻酸钙复合膜修饰电极中的应用[D].青岛大学,2013.
[43]景帅帅.铁尾矿粉泡沫混凝土特性研究[D].长安大学,建筑与土木工程（专业学位）,2014,硕士.
[44]罗闯.开放式运动技能学习原理在中学篮球传球教学中运用效果研究[D].吉林大学,体育,2014,硕士.
[45]靖相顺.危险品运输车辆监控系统设计[D].山东大学,机械电子工程,2013,硕士.
[46]杨斌.餐饮业区域集群品牌的合作营销研究[D].兰州理工大学,工商管理,2013,硕士.
[47]张程.华夏银行深圳分行员工工作压力与离职倾向关系研究[D].天津大学,工商管理,2013,硕士.
[48]本报记者王静宇.石墨烯“虚火”[N].中国企业报,2011-06-21008.
[49]石悦.2024铝合金变形及热处理过程中组织演变及性能研究[D].哈尔滨工业大学,材料工程,2013,硕士.
[50]陈煜,吴晓光,殷凤华.基于Flash和Actionscript3.0技术的防火演习游戏设计与开发[J].软件导刊,2015,03:95-97.