基 于 有 限 元 法 和 Taguchi 方 法 的 移 动 硬 盘 耐 撞 性 能 稳 健 设 计 杨 书 仪 暋 刘 德 顺 暋 赵 继 云 等 基 于 有 限 元 法 和 Taguchi 方 法 的 移 动 硬 盘 耐 撞 性 能 稳 健 设 计 杨 书 仪 暋 刘 德 顺 暋 赵 继 云 2 暋 文 泽 军. 湖 南 科 技 大 学, 湘 潭,420 暋 暋 2. 中 国 矿 业 大 学, 徐 州,226 摘 要 : 运 用 Taguchi 参 数 设 计 方 法, 提 出 了 基 于 数 值 模 拟 的 移 动 硬 盘 跌 落 冲 击 耐 撞 性 能 稳 健 设 计 方 法 以 6 灡 3cm(2 灡 5in) 移 动 硬 盘 为 研 究 对 象, 建 立 了 基 于 有 限 元 软 件 ANSYS/LS-DYNA 的 移 动 硬 盘 跌 落 冲 击 三 维 有 限 元 模 型 分 析 了 关 键 结 构 参 数 对 移 动 硬 盘 耐 撞 性 能 稳 健 性 的 影 响, 进 行 了 移 动 硬 盘 耐 撞 性 能 稳 健 设 计, 获 得 使 磁 盘 盘 片 接 触 面 等 效 应 力 对 地 面 硬 度 变 化 具 有 稳 健 性 的 最 优 参 数 水 平 组 合, 并 进 行 了 仿 真 试 验 验 证 分 析 该 方 法 为 改 进 设 计 提 高 移 动 硬 盘 耐 撞 性 能 提 供 了 理 论 依 据 关 键 词 : 有 限 元 法 ;Taguchi 方 法 ; 移 动 硬 盘 ; 耐 撞 性 ; 稳 健 设 计 中 图 分 类 号 :TH22;TP39.9 暋 暋 暋 暋 暋 暋 DOI:0.3969/j.issn.004-32X.202.0.08 CrashworthinesRobustDesignforMobileHardDiskBasedonFEMandTaguchiMethod YangShuyi 暋 LiuDeshun 暋 ZhaoJiyun 2 暋 WenZejun.HunanUniversityofScienceandTechnology,Xiangtan,Hunan,420 2.ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou,Jiangsu,226 Abstract:Dropimpactcrashworthinessrobustdesign method waspresentedbasedon Taguchi method.a2 灡 5inchmobileharddiskfiniteelementmodalwasbuiltusingFEM.Thekeyparameters afectingthecrashworthinessrobustnesswereanalyzed.thetaguchimethodwasusedto makero 灢 bustdesign.optimalparameterswithreducinginfluenceoffloorrigiditywereacquired.thesimula 灢 tionresultsshowthatthecrashworthinessofmobileharddiskhasbeenobviouslyimprovedcomparing withformergeneralparameters.thisresearchworkprovidestheoreticevidenceforimprovingcrash 灢 worthinessofmobileharddisk. Keywords:FEM(finiteelementmethod);Taguchimethod;mobileharddisk;crashworthiness; robustdesign 0 暋 引 言 随 着 信 息 技 术 的 发 展, 计 算 机 普 遍 应 用 于 各 行 各 业, 作 为 各 种 文 本 数 据 和 媒 体 储 存 交 互 的 存 储 介 质 硬 盘 已 不 仅 局 限 于 台 式 计 算 机 上, 其 使 用 范 围 已 扩 展 到 便 携 式 电 子 产 品 领 域 在 多 种 信 息 存 储 技 术 的 竞 争 中, 超 微 型 和 大 容 量 是 以 硬 盘 为 代 表 的 磁 存 储 技 术 发 展 的 重 要 趋 势 由 于 跌 落 冲 击 耐 撞 性 能 是 衡 量 移 动 硬 盘 质 量 的 重 要 标 准, 因 而 如 何 提 高 移 动 硬 盘 自 身 的 耐 撞 性 和 可 靠 性 以 避 免 其 在 使 用 中 跌 落 损 坏 的 问 题 吸 引 了 众 多 研 究 者 的 兴 趣 文 献 [] 运 用 有 限 元 方 法 探 讨 了 硬 盘 驱 动 器 头 盘 系 统 在 不 同 接 触 刚 度 下 的 跌 落 冲 击 响 应 文 献 [2 飊 4] 运 用 理 论 计 算 和 数 值 仿 真 的 方 法 探 讨 了 空 气 轴 承 刚 度 在 不 同 脉 冲 激 励 下 的 动 态 响 应 以 及 轴 承 刚 度 对 传 动 臂 在 跌 落 冲 击 下 的 动 收 稿 日 期 :20 02 5 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (507539,50754); 教 育 部 科 学 技 术 研 究 资 助 重 点 项 目 (220); 湖 南 省 教 育 厅 科 学 研 究 青 年 项 目 (0B030) 态 响 应 影 响 文 献 [5] 运 用 有 限 元 仿 真 和 试 验 研 究 的 方 法 从 机 械 结 构 和 动 力 学 的 观 点, 探 讨 了 系 统 如 何 获 取 最 小 的 振 动 文 献 [6] 建 立 了 头 盘 系 统 工 作 状 态 下 浮 动 磁 头 和 磁 盘 的 冲 击 响 应 数 学 模 型, 对 工 作 状 态 下 头 盘 系 统 的 冲 击 特 性 进 行 了 理 论 计 算 文 献 [7] 利 用 数 值 模 拟 方 法 分 析 了 在 正 弦 半 波 激 励 条 件 下 头 盘 系 统 的 动 力 学 响 应 过 程 文 献 [8 飊 9] 分 析 了 硬 盘 驱 动 器 致 动 器 悬 架 和 硬 盘 驱 动 器 整 体 的 模 态, 为 悬 架 优 化 设 计 和 硬 盘 隔 振 设 计 提 供 了 理 论 基 础 综 上 所 述, 很 多 文 献 对 硬 盘 磁 头 组 件 头 盘 组 件 等 进 行 了 较 为 系 统 的 试 验 研 究 和 数 值 仿 真 但 在 移 动 硬 盘 整 体 跌 落 冲 击 的 动 态 响 应 耐 撞 性 能 稳 健 设 计 研 究 方 面 鲜 见 报 道 由 于 移 动 硬 盘 结 构 的 特 殊 性 和 跌 落 冲 击 的 瞬 时 性, 给 试 验 测 量 带 来 了 困 难 在 各 大 生 产 厂 商 的 实 际 生 产 中, 往 往 只 是 根 据 经 验 来 改 进 设 计 方 案, 难 以 对 移 动 硬 盘 耐 撞 性 能 设 计 提 供 理 论 指 导 同 时, 样 机 跌 落 冲 击 试 验 是 根 据 规 范 的 ( 有 限 的 ) 跌 落 冲 击 试 验 ( 仿 真 ) 85
中 国 机 械 工 程 第 23 卷 第 期 202 年 月 上 半 月 进 行, 并 没 有 考 虑 产 品 实 际 使 用 中 多 样 的 ( 无 限 的 ) 跌 落 冲 击 条 件 和 由 此 引 发 的 随 机 不 确 定 性 针 对 上 述 问 题, 本 文 拟 建 立 某 品 牌 6 灡 35cm (2 灡 5in) 的 移 动 硬 盘 整 体 跌 落 冲 击 的 有 限 元 模 型, 引 入 稳 健 设 计 理 论, 分 析 影 响 移 动 硬 盘 耐 撞 性 能 稳 健 性 的 可 控 因 素 和 噪 声 因 素 ; 基 于 磁 盘 盘 片 接 触 面 等 效 应 力 的 望 小 特 性, 运 用 Taguchi 参 数 设 计 方 法, 以 地 面 硬 度 作 为 噪 声 因 素, 对 移 动 硬 盘 关 键 零 件 进 行 参 数 设 计, 寻 求 外 壳 厚 度 传 动 臂 厚 度 悬 臂 厚 度 以 及 轴 承 刚 度 的 最 佳 匹 配 暋 移 动 硬 盘 跌 落 冲 击 有 限 元 建 模 移 动 硬 盘 是 一 个 精 密 的 微 机 电 系 统, 主 要 由 外 壳 芯 片 (PCB) 和 硬 盘 驱 动 器 组 成, 其 中 硬 盘 驱 动 器 封 装 在 移 动 硬 盘 的 净 化 腔 体 内, 主 要 由 磁 头 组 件 和 磁 盘 组 件 两 大 部 分 组 成 磁 头 组 件 包 括 浮 动 磁 头 悬 臂 传 动 臂 枢 轴 轴 承 和 音 圈 电 机 等 ; 磁 盘 组 件 包 括 磁 盘 驱 动 轴 承 和 驱 动 电 机 等 部 件 移 动 硬 盘 跌 落 地 面 是 一 个 动 态 复 杂 的 过 程, 其 跌 落 地 面 时 与 地 面 的 接 触 和 冲 击 载 荷 影 响 着 跌 落 冲 击 的 全 过 程, 系 统 除 具 有 几 何 非 线 性 和 材 料 [0] 非 线 性 以 外, 还 有 接 触 界 面 的 非 线 性 本 文 建 立 的 数 值 仿 真 模 型 是 移 动 硬 盘 在 非 工 作 状 态 下 的 整 体 跌 落 有 限 元 模 型, 主 要 由 移 动 硬 盘 和 刚 性 地 面 两 部 分 组 成, 采 用 实 体 建 模 方 法 生 成 在 有 限 元 模 拟 分 析 中, 对 于 跌 落 冲 击 载 荷 的 施 加 通 常 采 用 自 由 落 体 法, 结 合 能 量 守 恒, 将 外 壳 磁 盘 盘 片 传 动 臂 组 件 等 作 为 一 个 系 统 来 模 拟 自 由 跌 落 的 整 个 过 程 基 于 显 式 动 力 学 分 析 软 件 ANSYS/LS -DYNA 建 立 移 动 硬 盘 自 由 落 体 的 有 限 元 模 型 如 图 所 示 ( 为 了 能 全 面 观 察 到 移 动 硬 盘 内 部 结 构, 该 有 限 元 模 型 图 中 去 除 了 部 分 外 壳 和 零 件 ) 图 暋 自 由 落 体 有 限 元 模 型 移 动 硬 盘 的 跌 落 高 度 为 800mm 跌 落 角 度 为 移 动 硬 盘 轴 线 与 地 面 夹 角 30 曘 离 散 单 元 采 用 3 节 点 或 4 节 点 壳 单 元 及 8 节 点 实 体 单 元 模 型 中 任 何 正 在 接 触 及 跌 落 冲 击 后 可 能 发 生 接 触 的 部 件 86 都 定 义 了 接 触 界 面, 如 外 壳 与 地 面 磁 头 与 磁 盘 盘 片 悬 臂 与 磁 盘 盘 片 等 在 计 算 时 主 要 使 用 了 3 种 材 料 模 型, 即 弹 塑 性 材 料 模 型 刚 性 材 料 模 型 以 及 线 弹 性 弹 簧 模 型, 数 值 模 型 采 用 mm-ms-kg 单 位 制 移 动 硬 盘 跌 落 冲 击 有 限 元 模 型 中 part 组 数 为 4 单 元 数 为 29558, 节 点 数 为 4255 2 暋 移 动 硬 盘 耐 撞 性 能 稳 健 设 计 模 型 稳 健 设 计 的 一 个 基 本 概 念 是 : 设 计 变 量 和 噪 声 因 素 的 变 差 都 将 传 递 给 设 计 函 数, 引 起 质 量 指 标 和 约 束 的 变 差, 同 时 变 差 的 统 计 分 布 规 律 也 将 影 响 设 计 函 数 的 概 率 统 计 性 质 [] 移 动 硬 盘 跌 落 冲 击 动 态 特 性 设 计 模 型 的 基 本 要 素 包 括 信 号 因 素 ( 输 入 )y0 设 计 变 量 ( 参 数 )x 噪 声 因 素 z 和 质 量 特 性 ( 输 出 因 素 )y, 如 图 2 所 示 图 2 暋 稳 健 设 计 图 解 图 2 所 示 的 图 解 设 计 模 型 表 明, 跌 落 冲 击 动 态 特 性 ( 输 出 )y 是 设 计 结 果 的 输 出, 由 于 它 受 到 设 计 变 量 x 和 噪 声 因 素 z 的 影 响, 所 以 y 是 x 和 z 的 线 性 非 线 性 显 式 或 隐 式 的 随 机 函 数 3 暋 基 于 Taguchi 方 法 的 关 键 零 件 参 数 试 验 设 计 3. 暋 可 控 因 素 的 选 取 根 据 移 动 硬 盘 的 工 作 原 理 和 设 计 条 件, 一 些 参 数 是 可 以 预 先 确 定 下 来 的, 如 外 壳 PCB 板 磁 头 磁 盘 盘 片 主 轴 轴 承 传 动 臂 悬 臂 等 零 件 所 用 材 料 是 根 据 设 计 要 求 提 前 确 定 下 来 的, 还 有 传 动 臂 悬 臂 等 零 件 外 形 尺 寸 也 是 根 据 设 计 要 求 提 前 确 定 的 本 文 选 取 外 壳 厚 度 W 传 动 臂 厚 度 D 悬 臂 厚 度 H 以 及 轴 承 刚 度 K 作 为 可 控 因 素 3.2 暋 噪 声 因 素 的 选 取 移 动 硬 盘 系 统 性 能 的 干 扰 主 要 来 源 于 跌 落 冲 击 参 数 的 随 机 性 而 导 致 作 用 在 移 动 硬 盘 上 脉 冲 激 励 的 波 动 原 则 上, 应 该 选 择 所 有 跌 落 冲 击 参 数
基 于 有 限 元 法 和 Taguchi 方 法 的 移 动 硬 盘 耐 撞 性 能 稳 健 设 计 杨 书 仪 暋 刘 德 顺 暋 赵 继 云 等 作 为 噪 声 因 素 为 简 化 起 见, 本 文 选 取 地 板 弹 性 模 量 E 作 为 噪 声 因 素 在 有 限 元 分 析 中, 通 过 选 取 不 同 的 地 面 本 构 关 系 参 数 值 来 描 述 软 中 硬 三 种 地 面 的 性 质, 本 文 选 取 普 通 碳 素 钢 的 弹 性 模 量 20GPa 作 为 硬 地 面 的 弹 性 模 量 值, 而 中 软 地 面 的 弹 性 模 量 分 别 为 90GPa 70GPa, 其 各 参 数 水 平 值 如 表 所 示 水 平 W 表 暋 因 素 水 平 表 D 因 素 H K (kn/m) E (GPa).28 0.98 0.075 4.75 70 2.30.00 0.080 4.80 90 3.32.02 0.085 4.85 20 3.3 暋 质 量 特 性 的 确 定 移 动 硬 盘 耐 撞 性 能 是 其 直 接 抵 抗 冲 击 造 成 的 外 形 美 感 丧 失 和 内 在 功 能 失 效 的 能 力 在 跌 落 冲 击 作 用 下, 具 有 悬 臂 结 构 特 点 的 磁 头 传 动 臂 组 件 会 使 得 磁 头 偏 离 盘 片 或 上 下 振 荡 敲 击 划 伤 盘 片, 甚 至 损 坏 磁 头 ; 磁 盘 盘 片 在 冲 击 力 作 用 下 也 会 发 生 变 形, 从 而 导 致 磁 头 读 写 数 据 困 难 引 起 磁 头 磁 盘 损 坏 的 主 要 原 因 是 磁 盘 盘 片 上 应 力 和 磁 头 传 动 臂 组 件 变 形 太 大 显 然, 单 一 的 动 态 响 应 指 标 是 不 能 较 好 地 表 征 产 品 耐 撞 性 能 这 里 选 择 移 动 硬 盘 跌 落 冲 击 过 程 中 如 下 动 态 响 应 作 为 质 量 特 性 来 评 价 其 设 计 方 案 的 耐 撞 性 能 : () 移 动 硬 盘 外 壳 上 受 到 的 最 大 应 力 应 力 越 小, 外 壳 产 生 划 痕 塑 性 变 形 断 裂 和 联 接 松 动 等 的 可 能 性 越 小, 产 品 设 计 方 案 耐 撞 性 能 越 好 (2) 磁 盘 盘 片 接 触 面 上 受 到 的 最 大 应 力 应 力 越 小, 磁 盘 盘 片 发 生 损 坏 的 可 能 性 越 小, 产 品 设 计 方 案 耐 撞 性 能 越 好 试 验 次 序 暋 暋 (3) 磁 头 传 动 臂 与 磁 盘 的 间 距 ( 两 点 位 移 差 ) 变 化 量 间 距 变 化 量 越 小, 工 作 状 态 时 磁 头 飞 行 于 磁 盘 上 方 的 高 度 ( 飞 高 ) 变 化 越 小, 工 作 越 稳 定 ; 非 工 作 状 态 时 磁 头 对 磁 盘 盘 面 的 冲 击 越 小 也 就 是 说, 间 距 变 化 量 越 小, 产 品 设 计 方 案 耐 撞 性 能 越 好 3.4 暋 试 验 方 案 设 计 本 算 例 中 假 设 各 参 数 之 间 没 有 交 互 作 用, 确 定 内 表 采 用 正 交 表 L9(3 4 ) 制 定, 外 表 采 用 正 交 表 L3(3 ) 制 定, 从 而 获 得 试 验 可 控 参 数 的 取 值 如 表 2 所 示 试 验 次 序 表 2 暋 可 控 因 素 水 平 / 数 据 表 可 控 因 素 水 平 值 W D H K W 可 控 因 素 试 验 值 D H K (kn/m).28 0.98 0.075 4.75 2 2 2 2.28.00 0.080 4.80 3 3 3 3.28.02 0.085 4.85 4 2 2 3.30 0.98 0.080 4.85 5 2 2 3.30.00 0.085 4.75 6 2 3 2.30.02 0.075 4.80 7 3 3 2.32 0.98 0.085 4.80 8 3 2 3.32.00 0.075 4.85 9 3 3 2.32.02 0.080 4.75 3.5 暋 信 噪 比 计 算 从 上 述 分 析 可 知, 在 移 动 硬 盘 耐 撞 性 能 稳 健 设 计 中 希 望 外 壳 最 大 应 力 磁 头 与 磁 盘 间 距 磁 盘 盘 片 接 触 面 等 效 应 力 越 小 越 好, 均 为 望 小 特 性 对 于 表 2 中 的 每 个 试 验, 将 表 3 中 的 试 验 结 果 值 根 据 下 式 计 算 出 每 一 组 实 验 方 案 信 噪 比 的 SN 值 : 表 3 暋 试 验 结 果 表 SN = -0lg( n n 暺 y 2) ( i ) i= 式 中,n 为 噪 声 因 素 的 水 平 数 ;yi 为 第 i 组 的 试 验 结 果 值 外 壳 最 大 应 力 (GPa) 磁 头 与 磁 盘 间 距 磁 盘 接 触 面 最 大 等 效 应 力 (MPa) E=70GPa E=90GPa E=20GPa E=70GPa E=90GPa E=20GPa E=70GPa E=90GPa E=20GPa 0.2046 0.260 0.2272 0.3966 0.4005 0.428.903.92.905 2 0.2055 0.258 0.228 0.3263 0.3666 0.3658.9229.9247.932 3 0.2043 0.262 0.2276 0.363 0.392 0.3844.926.934.965 4 0.2054 0.2230 0.229 0.3938 0.3989 0.4225.907.99.927 5 0.2058 0.2235 0.2286 0.352 0.356 0.3678.9446.9438.954 6 0.2062 0.223 0.2296 0.3976 0.434 0.4037.908.9044.928 7 0.222 0.2257 0.2300 0.3359 0.342 0.363.958.9572.9636 8 0.28 0.2249 0.2302 0.364 0.398 0.3899.9448.9542.9653 9 0.220 0.2252 0.2303 0.3594 0.390 0.3976.8809.876.9025 暋 暋 以 方 案 中 外 壳 应 力 最 大 时 的 计 算 为 例, 计 算 结 果 为 SN=-0lg[ 3 ( 0.2046 2 +0.26 2 +0.2272 2 )]=3.3057 再 类 似 由 3 个 不 同 噪 声 因 素 水 平 下 的 y 值 求 得 9 个 方 案 中 外 壳 最 大 应 力 磁 头 与 磁 盘 间 距 以 及 磁 盘 接 触 面 最 大 等 效 应 力 的 信 噪 比 毲, 结 果 如 表 4 所 示 87
中 国 机 械 工 程 第 23 卷 第 期 202 年 月 上 半 月 试 验 次 序 表 4 暋 可 控 因 素 信 噪 比 信 噪 比 外 壳 应 力 间 距 磁 盘 应 力 3.3057 7.8862-5.6237 2 3.2843 9.0346-5.6957 3 3.302 8.4029-5.733 4 3.754 7.8453-5.6287 5 3.706 9.2293-5.7896 6 3.573 7.859-5.6040 7 3.0432 9.208-5.8435 8 3.0560 8.3750-5.8220 9 3.0482 8.3423-5.5064 4 暋 基 于 磁 盘 盘 片 接 触 面 等 效 应 力 望 小 特 性 的 参 数 最 优 结 果 与 验 证 暋 暋 本 文 以 磁 盘 盘 片 接 触 面 等 效 应 力 越 小 越 好 为 目 标, 进 行 各 可 控 参 数 优 化 设 计 首 先, 由 直 观 分 析 法 可 得, 表 4 中 方 案 9 的 磁 盘 应 力 信 噪 比 (-5 灡 5064) 最 大, 其 设 计 参 数 优 化 组 合 为 W3D3H2K, 即 W = 灡 32mm,D= 灡 02mm,H= 0 灡 08mm,K=4 灡 75kN/m 表 5 为 各 因 素 水 平 组 合 信 噪 比 的 平 均 效 应 响 应, 并 将 其 表 示 在 图 3 中 表 5 暋 SN 平 均 效 应 响 应 水 平 W D H K -5.6776-5.6986-5.6832-5.6399 2-5.674-5.769-5.603-5.744 3-5.7240-5.6079-5.782-5.723 力, 还 是 减 小 其 波 动, 都 理 想 得 多 因 此, 该 组 参 数 是 使 磁 盘 盘 片 接 触 面 等 效 应 力 对 地 面 硬 度 变 化 具 有 稳 健 性 的 最 优 组 合 5 暋 结 束 语 本 文 详 细 叙 述 了 基 于 有 限 元 法 的 移 动 硬 盘 耐 撞 性 能 稳 健 设 计 方 法, 运 用 Taguchi 方 法 进 行 了 移 动 硬 盘 关 键 零 件 结 构 参 数 设 计, 获 得 了 使 磁 盘 盘 片 接 触 面 等 效 应 力 对 地 面 硬 度 变 化 具 有 稳 健 性 的 最 优 参 数 水 平 组 合 是 W2D3H2K 通 过 仿 真 试 验 验 证, 稳 健 优 化 值 对 提 高 磁 盘 盘 片 接 触 面 等 效 应 力 动 态 性 能 具 有 明 显 的 作 用 这 表 明 通 过 Taguchi 参 数 设 计 方 法 可 以 减 少 噪 声 因 素 影 响, 从 而 保 证 移 动 硬 盘 跌 落 冲 击 耐 撞 性 能 的 稳 健 可 靠 参 考 文 献 : [] 暋 EdwardsJR.FiniteElementAnalysisoftheShock Responseand HeadSlapBehaviorofa Hard Disk Drive[J].IEEE Transactionson Magnetics,999, 35(2):864 飊 867. [2] 暋 ShiBJ,ShuD W,WangShao,etal.DropTestSim 灢 ulationandpowerspectrum AnalysisofaHeadAc 灢 tuatorassemblyina HardDiskDrive[J].Interna 灢 tionaljournalofimpactengineering,2007(34):20 飊 33. [3] 暋 ShuD W,ShiBJ,Meng H,etal.ShockAnalysis ofa Head ActuatorAssemblySubjectedto HalfsineAcceleration Pulses[J].ImpactEngineering, 2007,34:254 飊 263. [4] 暋 ShuD W,ShiBJ,MengH,etal.ThePulseWidth 图 3 暋 SN 平 均 效 应 图 暋 暋 从 图 3 中 可 见, 通 过 统 计 分 析 得 到 的 最 优 参 数 组 合 是 W2D3H2K, 它 与 直 观 分 析 所 得 方 案 W3D3H2K 基 本 一 致 将 优 化 组 合 W2D3H2K, 即 W = 灡 3mm, D= 灡 02mm,H=0 灡 08mm,K=4 灡 75kN/m, 进 行 三 种 硬 度 地 面 情 况 下 的 跌 落 仿 真, 对 应 的 磁 盘 盘 片 接 触 面 等 效 应 力 如 表 6 所 示 表 6 暋 方 案 比 较 地 板 弹 性 模 量 (GPa) 70 90 20 信 噪 比 磁 盘 应 力 原 值.989.9274.939-5.6935 (MPa) 优 化 值.8702.873.8766-5.4494 暋 暋 由 表 6 可 见, 在 相 同 跌 落 角 度 跌 落 高 度 条 件 下 稳 健 设 计 优 化 后 的 结 构 参 数 比 原 设 计 参 数, 即 W = 灡 3mm,D = 灡 0mm,H =0 灡 08mm,K = 4 灡 8kN/m, 无 论 对 减 小 磁 盘 盘 片 接 触 面 等 效 应 88 EfectofSingle Half-sine Acceleration Pulseon thepeak Responseofan Actuator Arm of Hard DiskDrive[J].MaterialsScienceand Engineering, 2006(423):99 飊 203. [5] 暋 ZengSheng,LinRongming,XuLimei,etal.Novel MethodforMinimizingTrackSeekingResidualVi 灢 brationsof Hard Disk Drives[J].IEEE Transac 灢 tionson Magnetics,200,37(3):46 飊 56. [6] 暋 徐 光 弘, 王 宏 民. 硬 盘 驱 动 器 抗 冲 击 性 能 的 分 析 与 计 算 [J]. 电 子 计 算 机 与 外 部 设 备,999,23(3):2 飊 7. [7] 暋 林 大 超, 施 惠 基, 曾 德 斌, 等. 硬 盘 驱 动 器 冲 击 激 励 的 头 盘 碰 撞 分 析 [J]. 爆 炸 与 冲 击,2004,24(2):22 飊 26. [8] 暋 吴 学 鹏. 硬 盘 振 动 失 效 分 析 及 隔 振 优 化 设 计 [D]. 华 中 科 技 大 学,2004. [9] 暋 谢 正 义, 陈 云 飞. 有 限 元 分 析 在 磁 头 悬 架 动 态 特 性 研 究 中 的 应 用 [J]. 机 械 制 造 与 研 究,2005,34(5):2 飊 24.
回 流 式 无 级 变 速 器 动 力 连 续 转 换 的 控 制 策 略 仿 真 研 究 孙 冬 野 暋 尹 燕 莉 暋 郝 允 志 等 回 流 式 无 级 变 速 器 动 力 连 续 转 换 的 控 制 策 略 仿 真 研 究 孙 冬 野 暋 尹 燕 莉 暋 郝 允 志 暋 林 歆 悠 暋 刘 永 刚 重 庆 大 学 机 械 传 动 国 家 重 点 实 验 室, 重 庆,400030 摘 要 : 为 避 免 回 流 式 无 级 变 速 器 在 无 级 与 回 流 工 况 转 换 过 程 中 动 力 中 断, 以 减 小 对 整 车 冲 击 度 的 影 响, 提 出 了 回 流 式 无 级 变 速 器 动 力 连 续 转 换 的 控 制 策 略 针 对 转 换 过 程 中 变 速 器 效 率 和 金 属 带 功 率 流 方 向 变 化 对 输 出 转 矩 的 影 响, 建 立 了 转 换 过 程 中 离 合 器 接 合 分 离 的 动 力 学 模 型, 确 定 了 离 合 器 扭 矩 变 化 率 的 限 定 范 围 利 用 MATLAB/Simulink 仿 真 平 台, 对 回 流 - 无 级 和 无 级 - 回 流 转 换 过 程 进 行 了 仿 真 研 究, 结 果 表 明 : 采 用 回 流 式 无 级 变 速 器 动 力 连 续 转 换 的 控 制 策 略, 冲 击 度 控 制 在 5m/s 3 以 内 关 键 词 : 汽 车 ; 无 级 变 速 传 动 ; 离 合 器 ; 控 制 策 略 中 图 分 类 号 :U462.2 暋 暋 暋 暋 暋 暋 DOI:0.3969/j.issn.004-32X.202.0.09 ContinuousPowerShiftControlStrategyofContinuouslyVariable TransmisionSystem withrefluxpower SunDongye 暋 YinYanli 暋 HaoYunzhi 暋 LinXinyou 暋 LiuYonggang TheStateKeyLabofMechanicalTransmissions,ChongqingUniversity,Chongqing,400030 Abstract:Inordertoavoidpowerlossofcontinuouslyvariabletransmissionsystem withreflux powerandreducevehiclejerk,acontinuouspowershiftcontrolstrategyofcontinuouslyvariabletrans 灢 missionsystem withrefluxpowerwasputforward.aimedatshiftingprocess,transmissioneficiency andtheoppositedirectionofcontinuouslyvariableunithadimpactontransmissionoutputtorque,a dynamicsmodelofclutchengagementanddisengagementcoursewasestablished,andtherangeof clutchtorquechangeratio wascalculated.taking MATLAB/Simulinkastheplatform,simulation studyofshiftingprocesswascarriedout,theresultsindicatethatjerkislessthan5m/s 3 byadopting continuouspowershiftcontrolstrategy ofcontinuously variabletransmissionsystem withreflux power. Keywords:vehicle;continuouslyvariabletransmission;clutch;controlstrategy 0 暋 引 言 [] Macey 等 于 987 年 首 次 提 出 了 回 流 式 无 [2] 级 自 动 变 速 传 动 方 式 Hohn 等 阐 述 了 采 用 i 2 型 无 级 变 速 传 动 系 统 的 混 合 动 力 汽 车 的 优 越 性 [3] Miguel 等 研 制 了 功 率 分 流 式 无 级 变 速 系 统 的 混 合 动 力 SUV(sportutilityvehicle) 汽 车 综 合 上 述 文 献 来 看, 针 对 功 率 分 流 式 无 级 变 速 器 的 研 究 大 多 是 在 结 构 设 计 和 性 能 分 析 方 面 进 行 的, 目 前 对 工 况 转 换 控 制 方 面 的 详 细 报 道 还 未 见 到 [4] 回 流 式 无 级 变 速 器 在 动 力 转 换 ( 无 级 与 回 流 工 况 转 换 ) 过 程 中, 变 速 器 效 率 和 金 属 带 功 率 流 方 向 都 发 生 了 一 定 变 化, 并 引 起 变 速 器 输 出 扭 矩 的 突 变, 如 何 控 制 转 换 过 程 中 离 合 器 的 接 合 或 分 离 扭 矩 变 化 关 系 等, 以 满 足 整 车 平 顺 性 的 要 求, 是 本 文 研 究 的 重 点 收 稿 日 期 :20 0 24 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (507540); 重 庆 市 科 技 攻 关 计 划 资 助 项 目 (200AC6049); 中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 资 暋 结 构 与 主 要 工 作 模 式 回 流 式 无 级 变 速 传 动 系 统 具 有 以 下 主 要 关 键 助 项 目 (CDJRC00006) 部 件 : 金 属 带 无 级 变 速 装 置 定 速 比 齿 轮 传 动 装 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 棈 [0] 暋 李 裕 春, 时 党 勇, 赵 远.ANSYS0.0/LS-DYNA 基 础 理 论 与 工 程 实 践 [M]. 北 京 : 中 国 水 利 水 电 出 作 者 简 介 : 杨 书 仪, 女,972 年 生 湖 南 科 技 大 学 机 电 工 程 学 院 版 社,2006. 副 教 授 博 士 主 要 研 究 方 向 为 机 械 动 力 学 稳 健 设 计 发 表 论 [] 暋 陈 立 周. 稳 健 设 计 [M]. 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社, 文 0 余 篇 刘 德 顺, 男,962 年 生 湖 南 科 技 大 学 机 电 工 程 学 院 教 授 博 士 研 究 生 导 师 赵 继 云, 男 999.,966 年 生 中 国 矿 业 大 ( 编 辑 暋 郭 暋 伟 ) 学 机 电 学 院 教 授 博 士 研 究 生 导 师 文 泽 军, 男,966 年 生 湖 南 科 技 大 学 机 电 工 程 学 院 副 教 授 89