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研究生: 王俊傑
Chun-Chieh Wang
論文名稱: 裝配滾珠型自動平衡裝置之光碟機承載底座動態分析與系統設計
The dynamic analysis and system design for the optical disk drive equipped with an automatic ball balancer
指導教授: 宋震國
Cheng-Kuo Sung
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 中文
論文頁數: 96
中文關鍵詞: 光碟機滾珠型自動平衡裝置承載底座複合時間比例法穩定度分析扭轉運動
外文關鍵詞: optical disk drives, automatic ball-type balance system, mecha, method of multiple time scales, stability analysis, torsional motion
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  • 本文針對裝配滾珠型自動平衡裝置之光碟機系統進行分析,以探討加裝自動平衡裝置後之系統動態行為。在分析的過程中,首先經由適當的假設,建立加裝自動平衡裝置後之系統數學模型,並透過Lagrange Equation的推導方式,推導出整個系統及自動平衡裝置中滾珠之動態方程式。接著使用複合時間比例法找出系統的穩態解並作穩定度分析,以探討各個設計參數對自動平衡裝置減振性能的影響。經由穩定度分析與動態模擬的結果顯示,系統在平移共振頻率與扭轉共振頻率附近皆有不穩定區域存在,使得滾珠無法定位下來;若欲發揮自動平衡裝置最佳的減振效果,系統必須操作在扭轉共振頻率以上。但如果在承載底座設計時,能儘量縮短主軸馬達與承載底座質心之距離,則可消除扭轉共振頻率附近的不穩定區域,使平移共振頻率以上皆是自動平衡裝置可工作的轉速範圍。上述理論分析結果也經由實驗獲得驗證,最後提出搭配滾珠型自動平衡裝置之承載底座設計方法及馬達加速曲線的設計概念,以提昇自動平衡裝置的平衡效果與一致性。


    This thesis is devoted to study the dynamic behaviors of the optical disk drive equipped with an automatic ball-type balancer. A mathematical model considering the foundation design is first established based on some proper assumptions, and employs Lagrange’s equation to derive equations of motion for balls and foundation. Then utilize the method of multiple scales to obtain the steady-state solutions. Having completed a stability analysis, the influence of each parameter on the performance of automatic balance system (ABS) in radial vibration reduction is distilled. It’s obtained based on theoretical and simulation results that there are two unstable regions, where balancing balls cannot settle near translational and torsional resonance. To achieve an optimal balancing performance, i.e., the residual vibration is reduced to almost zero, the system must be operated above torsional resonance. Furthermore, shortening the distance between spindle motor and the C.G. of the foundation can eliminate the unstable region near torsional resonant frequency, so that the operating speeds above translational resonance are stable regions. The aforementioned results are verified via experiments as well. Finally, some guidelines on the foundation design and the velocity profile design of the spindle motor are proposed to improve balancing performance and consistence.

    中文摘要 I 英文摘要 II 目錄 III 圖目錄 VI 表目錄 IX 第一章 緒論 1 1-1 研究動機 1 1-2 文獻回顧 5 1-3 研究目標與方法 10 第二章 動態方程式推導與穩定度分析 11 2-1 系統架構 13 2-2 運動方程式推導 15 2-2-1 系統動能 15 2-2-1-1 等效定子與等效轉子之動能 16 2-2-1-2 滾珠動能 16 2-2-1-3 系統總動能 17 2-2-2 系統位能 18 2-2-3 廣義力 18 2-2-4 系統動態方程式 20 2-3 穩定度分析 22 2-3-1 無因次化 22 2-3-2 複合時間比例法 23 2-3-3 系統的穩態解 33 2-3-4 微擾法 40 2-3-5 特徵方程式 42 第三章 設計參數對自動平衡裝置之性能影響 45 3-1 穩態時的穩定區域 46 3-1-1 由共振頻率 所判斷出的穩定區域 46 3-1-2 由共振頻率 所判斷出的穩定區域 48 3-1-3 由共振頻率 所判斷出的穩定區域 49 3-1-4 整體系統的穩定區域 51 3-2 系統動態響應 52 3-2-1 Stable I區域之系統動態模擬 52 3-2-2 Stable II-a區域之系統動態模擬 54 3-2-3 Stable II-b區域之系統動態模擬 55 3-2-4 Stable I與II-a重合區域之系統動態模擬 56 3-2-5 Unstable區域之系統動態模擬 57 3-3 承載底座設計參數對自動平衡裝置之影響 61 3-3-1 主軸馬達安裝位置的影響 61 3-3-2 隔振墊圈安裝位置的影響 62 3-3-3 隔振墊圈剛性的影響 64 3-3-4 隔振墊圈阻尼係數的影響 66 3-4 滾動摩擦阻力的影響 67 3-5 軌道偏心的影響 70 第四章 實驗系統架構與結果討論 73 4-1 實驗儀器設備 73 4-2 實驗架構 76 4-3 實驗結果討論 79 4-3-1 高速攝影機拍攝結果 79 4-3-2 振動量測結果 82 第五章 搭配自動平衡裝置之系統設計 86 5-1 承載底座設計 86 5-2 馬達速度曲線設計 89 第六章 結論 92 參考文獻 94

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