International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제9권4호
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pp.22-25
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2008
The dynamic response of the head arm assembly (HAA) of a hard disk drive to an impact load was obtained from a 3D non-linear finite element model using ANSYS/LS-DYNA and from experiments using a modified levitation mass method (LMM). In the finite element model, the impact load was created by modeling the mass as a rigid body and making it collide with the HAA. The velocity, displacement, acceleration, and inertial force of the mass were then obtained from the time history data of the finite element analysis. In the LMM, a mass that was levitated with an aerostatic linear bearing, and hence encountered negligible friction, was made to collide with the actuator arm, resulting in a dynamic bending test for the arm. During the collision, the Doppler frequency shift of the laser beam reflected from the mass was accurately measured with an optical interferometer. The velocity, displacement, acceleration, and inertial force of the mass were accurately calculated from the measured time-varying Doppler frequency shift. A good correlation between the experimental data and FEA results was observed. The FEA was also used to investigate the dynamic response of the HAA to impact by different masses.
The angular electrostatic microactuator using skewed electrode array (SEA) scheme was proposed. The moving and fixed electrodes are arranged to make the driving force perpendicular to the rotating moment of arm. By changing the electrode overlap length, the magnitude of electrostatic force and stable displacement will be changed. In order to optimize the design, electrostatic FE analysis were carried out and the empirical force model was established for SEA. Simulation was performed to make the comparison between conventional actuators and SEA. The proposed SEA generates actuating torque 2 times greater than a comb-drive and stable actuator displacement 40% greater than a parallel plate type actuator. The angular electrostatic microactuator using skewed SEA scheme was designed and fabricated using SoG process.
Recently, the development of mobile devices demands information storage systems to use micro drive devices. 1-inch micro drive hard disk uses the load/unload(L/UL) technology to increase area recording density and reduce power consumption. Because micro drive has light actuator, effects of the flexible cable that is ignored in 3.5-inch hard disk drive is important to load/unload performances. In this paper, effects of flexible cable on load/unload performances are studied.
In the time optimal control problem, bang-bang control has been used becaese it is the theoretical time minimum solution. However, to improve tracking speed performance in the time optimal control, it is important to select a switching point accurately which makes the velocity zero near the target track. But it is not easy to select the swiching point accurately because of the damping coefficient variation and uncertainties of modeling an actual system. The Adaptive model following control(AMFC) is implemented to relieve the difficulty and inconvenience of this task. The AMFC and make the controlled plant follow as closely as possible to a desired reference model whose switching point can be calculated easily and accurately, assuring the error between the states of the reference model and those of the controlled plant appoaches zero. The hybrid control method composed of AMFC and PID is applied to a tracking actuator of the magneto optical disk drive(MODD) in random access devices to improve its slow tracking performance. According to the simulaion and experimental results, the average tracking time as small as 20ms is obtained for a 3.5 magneto-optical disk drive. The AMFC also can be applied for other random access devices to improve the average tracking performance.
Existence of physical moving parts (ex. check valve) produces several problems (mechanical abrasion, deterioration of reliability, limited temperature performances etc.) in driving pumps. To overcome such problems, we proposed a valveless piezoelectric micro-pump which has new type volume transferring mechanism. The proposed micro-pump has a double faced disk type vibrator that can generate peristaltic motion formed by traveling wave in each surface of a disk. This type of micro-pump is able to apply to a fluid supply system that provides two different kinds of fluid simultaneously. In this paper, we propose a simple and novel design of piezoelectric micro-pump that is peristaltically by piezoelectric actuators and allows the removal of the need for valves of other physically moving parts. The finite elements analysis on the proposed pump model was carried out to verify its operation principle using the commercial analysis software.
Recently, optical disk drives are increasingly demanded to have higher speed as well as high information density, especially for applications like CD ROM drives. To this end, improvement of their optical pickup structure and control is recognized the very challenging issue. In this paper, the pickup is first analytically modelled in a plane to describe its coupled auto-focusing and auto-tracking motions. Subsequently, the model is linearized and combined with actuator dynamics for the auto-focusing system. With its unmeasurable parameters being estimated based on experimental data, an approximate I-DOF linear model is obtained neglecting the coupling term. To design the high speed and robust positional servo controller realistic design specifications are addressed, and H control method is employed based on the approximate model. Finally, taking the pickup in a commerical high speed CD ROM drive as an example performance of the designed controller is verified through realtime experiments.
This study aims at performing sensitivity analysis of piezoelectric smart structure for minimizing radiated noise from the structure, The structure consists of a flat plate on which disk shaped piezoelectric actuator is mounted, and finite element modeling is used for the structure. The finite element modeling uses a combination of three dimensional piezoelectric, flat shell and transition elements so thus it can take into account the coupling effects of the piezoelectric device precisely and it can also reduce the degrees of freedom of the finite element model. Electric potential on the piezoelectric actuator is taken as a design variable and total radiated power of the structure is chosen as an objective function. The objective function can be represented as Rayleigh's integral equation and is a function of normal displacements of the structure. For the convenience of computation, all degrees of freedom of the finite element equation is condensed out except the normal displacements of the structure. To perform the design sensitivity analysis, the derivative of the objective function with respect to the normal displacements is found, and the derivative of the norma displacements with respect to the design variable is calculated from the finite element equation by using so called the adjoint variable method. The analysis results are compared with those of the finite difference method, and shows a good agreement. This sensitivity analysis is faster and more accurate than the finite difference method. Once the sensitivity analysis program is used for gradient-based optimizations, one could achieve a better convergence rate than non-derivative methods for optimal design of piezoelectric smart structures.
The three dimensional numerical method using actuator disk blade row model is applied for calculating the flowfield interaction between an outlet guide vane (OGV) and a pylon in a typical civil turbofan engine. The static pressure distortion produced by the pylon is decaying upstream but is still felt at the turbofan exit, and hence can significantly affect the fan performance. The OGV amplifies the static pressure perturbation decaying upstream. The calculation results show that cyclic OGV which consists of three types of blades with different exit angles can reduce more than half of the asymmetries of total pressure and static pressure propagated through the OGV with uniform exit blade angle.
The prediction of fretting wear is a significant issue for the design of contacting mechanical components such as flexible couplings and splines, jointed structures and so on. In our earlier study, we developed a numerical model to predict the fretting wear using boundary element method. The developed algorithm needs experimental fretting wear coefficients and friction coefficients between two moving materials to get more reliable results. In this study, therefore, we demonstrated the measurement method of the fretting wear coefficients and friction coefficients using disk on plate tribometer with piazo actuator and gap sensor. For four different material combinations, the fretting wear coefficients and friction coefficients are acquired through the fretting wear experiment and the analysis of the measured values. Thess results are useful to predict the quantative fretting wear rate in the developed algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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