This paper is concerned with the forced flexural vibration analysis of hard disk drive (HDD) spindle systems with multiple thin disks, supported by two ball bearings based on the finite element model. This is the extension of the previous work which analytically modeled every system component taking into account its structural flexibility and also the centrifugal stiffening effect especially for the disks. Among the end results, the forced time response is expectedly useful for the vibration control of the spindle itself or the position servo control of the magnetic head. On the other hand, the steady state responses such as the frequency response function and the unbalance response are useful for system identification. Futhermore, through a coordinate transformation the equations of motion is also derived with respect to the inertial frame for convenient analyses of certain classes.
Actuator arm of HDD were machined with the slitting saw of tungsten carbide to clarify the cutting characteristics in terms of the roughness of machined surface, the burr size and the tool wear. An improved performance in all view of the surface machined, the tool life and the cutting efficiency was obtained at the cutting speed of 4,000rpm with the feed of 300m/min. The tool life increases with increasing the t/T value, whereas surface roughness decreases. The tool with alternate type of B and C edges has an effect to decrease the burr size.
Sound intensity techniques and ODS(Operational Deflection Shape) techniques are applied to identify the acoustic noise source of a hard disk drive and its control system. The sound intensity is used to visualize the noise source locations, and the ODS information to visualize the vibration pattern and to obtain the dynamic characteristics of the noise sources. The measurement systems are customized to accurately measure the sound intensity and ODS distributions of HDD system in space domains as well as frequency domains. The measurement systems for the sound absorption and transmission loss of materials are also used to support the background data for the efficient noise control. Using the visual information of source locations and its dynamic characteristics, the partial noise barrier structure and optimum absorption are designed and its controlled sound power level is proved to be under 3.1 Bel(Idle)/3.3Bel (Seek) which is the lowest level in the disk drive industry.
This paper presents an efficient method for determining the forced response of a spinning flexible disk-spindle system supported by fluid dynamic bearings(FDBs) in a computer hard disk drive(HDD). The spinning flexible disk-spindle system is represented by the asymmetric finite element equations of motion originating from the asymmetric dynamic coefficients of the FDBs and the gyroscopic moment of a spinning disk-spindle system. The proposed method utilizes only the right eigenvectors of the eigenvalue problem to transform the large asymmetric finite element equations of motion into a small number of coupled equations, guaranteeing the accuracy of their numerical integration. The results are then back-substituted into the equations of motion to determine the forced response. The effectiveness of the proposed method was verified by comparing it with the responses from the classical methods of mode superposition with the general eigenvalue problems, and mode superposition with modal approximation. The proposed method was shown to be effective in determining the forced response represented by the asymmetric finite element equations of motion of a spinning flexible disk-spindle system supported by FDBs.
In order to get the surface characteristics of the HDI of HDD, the surface damage mechanisms must be totally understood. Particle contamination in hard disk drives is a big concern in today's magnetic recording industry since they are major sources of reliability problems. Namely upon contact with the slider or a contaminant particle, the disk may be scratched or the particles may be embedded into the disk surface. In this work, comparison of scratches was made between those found on actual hard disks and those created using a scratch tester. It was found that ramp loading method is an effective way to make similar scratches as the actual ones. From the ramp loading condition, the relationship between the pressure and the scratch track width could be identified.
최근 Hard Disk Drive(HDD)는 컴퓨터 산업의 발달과 함께 멀티미디어 어플리케이션의 요구에 따라 대용량화 추세에 있다. 이러한 대용량 HDD 는 고밀도, 고정밀의 track 정보가 필요하게 되고, 이는 HDD 생산에 고속, 고정밀의 Servo Track Writer(STW)를 필요로 하게 되었다. 그러나, 기존의 STW 는 PID 제어기에 공진 모드 제거를 위한 notch filter 를 사용하기 때문에 고속화에는 한계가 있어 track 정보를 기록하는 생산시간의 단축이 어렵다. 본 논문에서는 이를 위하여 기존의 STW 에 공진 모드의 여기를 최소화하기 위해 제어 입력의 profile 을 설계하는데 convex optimization 을 이용한 최적화 기법을 사용하였다. 이렇게 설계된 제어 입력은 플랜트의 공진 모드가 존재하는 주파수 대역에 에너지를 최소화시켜 공진 모드의 영향을 적게 받는다. 그 결과로 빠른 settling time 과 위치 정밀도가 향상된다. 그 효과는 모의 실험을 통해 검증하였다.
The areal recording density of HDD(Hard Disk Drive) has been increasing by about 60% a year. In order to achieve high areal density, less track pitch is expected and more servo bandwidth is required. Dual stage actuator and servo controller for HDD have been suggested for achieving high track density as a possible solution. Dual-loop servo system is generally classified into a two-input-two-output system, but if we use an estimator for a two-input-two-output system, it can be converted into two input one output system. Since we can't control the dual stage servo system by the classical method, it requires a special technique; for example, Parallel Loop System, Master-Slave Loop System, Decoupled Master-Slave Loop System, and Dual Feedback Loop System. In this paper, we performed experimental evaluations of several types of control algorithm. Further experiments will be made in the future.
HDD structure is excited by the dynamic motion of disk-spindle motor components. Those excitations which are generated at stator and magnet rotor, at bearings and from disk dynamics, are transmitted through motor spindle and flange to HDD cover and base. The operational deflection shape measurement can show the structural excitation patterns at the most influent frequency on the acoustic noise level. One of those components is the axial excitation along spindle, and the other is the local orbital excitation at contact area of motor flange and base. To make a reduction of those structural transmission excitations, the structure of spindle motor is modified to the direction of reinforcement at transmission path without change of bearings, magnet and coil. Some excitation of spindle motor component carrying out essential function is unavoidable. So it is the efficient way of HDD noise improvement to control the structural transmission of excitation.
Mobile devices have become an important part of daily life. This is especially true of laptop PCs, which are portable enough to be used almost anywhere. Laptop PCs, however, cannot be nomadic if each component is not robust enough to endure rugged laptop operating environment. Generally, external shock makes collision on head-disk interface and damage to read-write performance. To minimize the likelihood of failure, shock analysis must be incorporated into the design of hard disk drive in laptop. This research explores the structure modification of laptop HDD base, for improving shock performance using finite element analysis which considers the flexibility of whole HDD structure. FE model is verified by modal test and finely tuned. Then we obtained the transmitted acceleration of spindle and pivot and the relative displacement between disk and slider head as shock response. Based on shock simulation, the structural dynamics modification is performed and the primary design parameters are extracted.
플래시 기반의 SSD(solid state drive)를 HDD(hard disk drive)의 2차 캐시로 사용하는 기술이 많이 연구되었다. SSD를 이용한 캐시에 대한 캐시 교체 정책 및 관리에 관한 연구뿐만 아니라 프리페칭 연구도 필요하게 되었다. 본 논문은 SSD를 스토리지급 캐시로 사용하는 시스템을 위한 프리페칭 기술을 제시한다. 이 프리페칭 기술은 스토리지급 크기의 캐시에 맞게 대규모의 프리페칭이며, 단기적인 프리페칭은 1차 캐시인 주메모리에서 수행되므로 장기적 스케줄링을 기반한 프리페칭이며, 기존 프리페칭은 읽기만을 고려하였지만, 지속 가능한 SSD 캐시를 위해 쓰기 요청도 고려한 프리페칭이다. 어떤 사용자의 14일간의 입출력에서, 64GB 용량의 SSD에 프리페칭 용량이 4GiB일 때에, 2.3%에서 17.8%의 캐시 적중률 향상을 보였다. 본 기술은 구현이 간단하여 스토리지급 캐시 시스템에 쉽게 적용할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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