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机械硬盘的振动分析与隔振设计
发表时间: 2024-03-09 00:31:58 来源:精密振动盘
(山东超越数控电子有限公司,山东济南250104)要:文章针对特种加固计算机和军用计算机的工作条件及其自身结构特点,简要介绍了机械硬盘的振动分析及隔振设计原理,并以硅橡胶隔振器为实例介绍了隔振器的设计方法。关键词:机械硬盘;振动分析;隔振器;传递率中图分类号:TP333文献标识码:A文章编号:1006-8937(2011)07-0014-02AnalysismechanicalharddiskvibrationisolationdesignYANGZhen-long,HEYong-gang,LUBo(ShandongChaoyueCNCElectronicsCo.,Ltd.,Jinan,Shandong250104,China)Abstract:Againstworkingconditionsownstructuralcharacteristicsspecialreinforcementcomputermilitarycomputer,thispaperbrieflyintroducesmechanicalharddiskvibrationisolationdesignprinciple,andtakingsiliconerubbervibrationisolatordesignmethodvibrationisolator.Keywords:mechanicalharddisk;vibrationanalysis;vibrationisolator;transmissibility随着国防建设与特种行业信息化浪潮的推进,特殊加固计算机的应用慢慢的变多。加固技术的研究与应用越来越来为人们所关注,加固大体上分为自身加固和后天加固,后天加固系统相对自身加固技术而言,具有成本低和研发速度快的特点,所以近几年后天加固技术得以迅速发展。加固计算机也大都采用后天加固的方法,如硬盘,虽然现在固态硬盘技术上已相对成熟,但由于价格高、容量小、重复写入次数低等原因,还不能被大量采用,一般还在采用机械硬盘。而由于机械硬盘的结构注定了其不足以满足加固计算机开机振动的指标,如何对机械硬盘进行隔振,避免外部振动对机械硬盘的磁头、磁盘的损害也就成为一个重要的课题。机械硬盘隔振系统分析机械硬盘的隔振方式一般有以下两种:单向支撑隔振方式和多向支撑隔振方式,如图所示。实际应用验证,由于多向支撑隔振方式考虑了机械硬盘在振动过程中前后、左右、上下、横摆、俯昂、侧倾(沿x、y、z3个方向位个轴向旋转)6个自由度的振动情况,隔振效果较单向效果好。本文就机械硬盘在多向支撑隔振方式下的振动情况做分析及对隔振器的设计方法进行研究。如图所示的多方向支撑隔振方式,机械硬盘、橡胶隔振器及外围硬盘盒构成一套减振系统,其力学模型简化为单自由度有阻尼弹簧质量系统,如图为机械硬盘质量,kg;k为隔振器的线弹性系数,N/-k(z-ze)-c(z-ze)单自由度隔振系统力学模为便于讨论,假定型机械硬盘所受的外激励力为简谐激振力,其运动方程为方程为:mz=-k(z-ze)-c(z-ze)以复数求解以上方程,ze=A0eipt,ze=iA0peipt为位移响应振幅,θ为响应与激励的相位差,ξ为减震器的阻尼比,g为激振频率与系统固有频率之比,i(pt-谆),z=iBpei(pt-谆),z=-Bpi(pt-谆)将其代入式(1),整理,可得:机械硬盘)+icp而响应振幅隔振方式示意图将基础振幅A0移到右边,有:收稿日期:201116作者简介:杨振龙(1976—),男,宁夏灵武人,大学本科,工程师,研究方向:计算机加固技术。杨振龙,等:机械硬盘的振动分析与隔振设计15为纵坐标,g为横坐标,对应于不同阻尼比=0.026kg。每个支撑点的最小面积为:s′=为极限静态应力,一般取值0.069MPa。支撑点的界面设为圆柱形,则其直径2.1mm。为保证支撑点的稳定性,一般支撑点的高度H=D=2.1mm其邵氏硬度HA=100G-5.3=54,式中,G为橡胶的剪切弹0.7554+G性模量,一般为MPa。由于硬盘的安装空间一般较小,矩形硅橡胶隔振器1.5~2.5mm。结合机械硬盘的外形尺寸,可确定硅橡胶隔振器的结构及尺寸。理论及试验验证根据隔振原理,机械硬盘隔振系统在17~28Hz(15隔振传递率曲线从曲线,此时响应振幅小于激励振幅,系统作衰减振动,这就是隔振现象;当)中的某个点进入隔振区,此时机械硬盘响应加速度约等于激励值,即为15>1,此时(γ0)响应大于激励,系统的响应被放大而发生共振,其峰值出现在固有频率附近,即的位置。从曲线中可以看出,共振时振幅被放大的幅度取决于阻尼比ξ,较大的却使衰减量降低,这传递率η1,响应值会迅速小于15,30Hz附近的某个频率点时,机械硬盘响应加速度应为10,根据工程实际经验,可设f0=18Hz。查图所示的ξ=0.28曲线Hz。定频正弦振动试验为对数扫描,5~500Hz扫描的总时间为min,则扫描倍频程n=log(500/5)/log2=6.64oct,扫描率0.95oct/min。5~30Hz经过的扫描倍频程=log(30/5)/log2=2.58oct,扫描时间t=n/R=2.7min3min,满足机械硬盘的工作要求。利用作者所在公司的ACT-2000型振动台对硅橡胶硬盘隔震器进行多次实际试验验证,试验顺利通过。根据减振原理对机械硬盘减振系统做多元化的分析、计算,从而制得满足振动要求的隔振器。应用实例表明了本文所描述的方法的可靠性,同时在笔者所在公司的多个工程建设项目中得到了成功的应用。说明盲目增加阻尼不利于提高隔振效果。硅橡胶隔振器的设计根据GJB322A-98军用计算机通用规范的要求,加固级别车载计算机的振动指标如表加固级别车在计算机的振动指标表频率(Hz)激励幅值时间150.4mm425~3030~5050~500min根据硬盘生产厂商的资料及实际工程测试验证,机械硬盘在工作状态下能够长时间承受的振动指标为10min)可承受的振动指标为30~35。对于轮胎式车载系统,其固有频率一般在15~20Hz之间(本文中设定为18Hz)。根据振动原理,在此频率范围内系统会发生共振,为保证机械硬盘的正常工作,橡胶减振系统的隔振传递率参考文献:[日]户原春颜著,牟传文译.防振橡胶及其应用[M].北京:中国铁道出版社,1982.胡志强,法庆衍,洪宝林,等.随机振动试验应用技术[M].北京:中国计量出版社,1996.郭海明,周勇军.机械振动理论及应用[M].南京:东南大学出版社,2007.30=2,此处取值2,此时γ=1,代入式(2)求得150.2887。查找各类橡胶材料手册,可知混炼硅橡胶的阻尼比 0.28,所以材料选用硅橡胶。为减少空间尺寸,其结构及形式设定为矩形,静置时
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