As the rotational speed and the track density are increased, the vibration of disk/spindle system becomes critical issue. In this work, we propose a simple inclined air bearing(20mm${\times}$20mm) system which is positioned very near to the rotating disk especially compact disc(CD) as a flexible disk, and we investigate suppressing effect about disk mode (0,0) both experimentally and numerically. We find dynamic stiffness and damping coefficients of bearing and apply to the disk vibration. The results show about 10 percent errors comparing to the experimental results. Also we investigate experimentally the reduction of disk vibration and power consumption with two different kinds of inclined bearing for normal disk drive system, which has tray and cover. We find inclined air bearing can decrease about 30 percents of the original disk vibration amplitude.
As the rotational speed and the track density are increased, the vibration of disk/spindle system becomes critical issue in order to reduce the track mis-registration. In this work, we propose a simple inclined air bearing (20${\times}$20 mm) system which is located very near to the rotating poly-carbonate disk, and investigate suppressing effect for the disk vibration mode (0,0) both experimentally and numerically. We find dynamic stiffness and damping coefficients of air bearing and then apply those values to the disk vibration analysis. Numerical results show about 10 percent difference comparing to the experimental results. Also we investigate the reduction of disk vibration and power consumption with two different kinds of inclined bearing for the normal disk drive system experimentally. We find inclined air bearing can reduce about 30 percents of the transverse disk vibration.
Rotating disks are used in various machines such as data storage device, gyroscope, circular saw, etc. Transverse vibration of a rotating disk is very important for the performance of these machines. This work proposes a method to suppress transverse vibration of a very flexible rotating disk in non-contacting manner. A system considered in this study is a very flexible rotating disk with a thrust bearing pad which is located underneath the rotating disk. The pressure force generated in the gap between the rotating disk and the thrust pad pushes the rotating disk in the direction of axis of rotation while the centrifugal force and the elastic recovery force push the rotating disk in reverse direction. The balance between these forces suppresses the transverse vibration of the rotating disk. A coupled disk-fluid system is analyzed numerically. The finite element method is used to compute the pressure distribution between the thrust pad and the rotating disk while the finite difference method is used to compute the transverse vibration of a rotating disk. Results show that the transverse vibration of the rotating disk can be suppressed effectively for certain combination of air bearing and operating parameters.
The experimental characterization of hydrodynamic bearing spindle motor is performed for the practical implementation of high-performance hard disk drive system. Firstly, the design concept of hydrodynamic bearing for the disk drive system is addressed including the herringbone grooved journal bearing, the spiral grooved thrust bearing, capillary seal design, and the viscous pumping of fluid. Secondly, the experimental evaluation is performed for the disk drive system in which the hydrodynamic bearing spindle motor is implemented and its dynamic performances are compared with conventional ball-bearing spindle motor. The key parameters include NRRO(Non Repeatable Run-Out), disk dynamics, acoustics, and resultant PES (Position Error Signal). Finally, the external gyro-exciting test results including 200k CSS(Continuous Start-Stop) on three angular attitudes(0,90, 180 degree) are presented in order to verify the practical reliability of disk drive system subject to the gyro-motion of hydrodynamic bearing spindle motor.
본 연구의 목적은 철도차량하중으로 인한 디스크받침의 정 동적 거동특성을 평가하여, 디스크 받침 설계기술 발전에 기여하고자 함이다. 디스크받침은 탄성받침의 일종으로 폴리우레탄 패드를 사용하여 탄성을 구현하고 있으며, 가동단에는 PTFE를 사용하여 교량의 움직임을 흡수하고 있다. 실험실에서 수차례의 정적 실험을 실시하여 폴리우레탄 고무의 정적거동을 평가하기 위한 데이터를 획득하였다. 또한, 4개의 디스크받침은 철도교량인 판형교에 설치하여 철도차량에 의한 디스크받침의 동적 거동을 측정하였다. 현장실험은 기관차 1량을 사용하여 일정속도로 주행하는 주행시험을 실시하여 각 디스크받침의 동적 변형과 이에 작용하는 동적 하중을 측정하였다. 정적 실험을 통해서 나타난 사실은 수직강성에 크게 기여하는 것이다. 또한 동적 강성은 정적으로 평가된 강성보다 크게 나타났다. 차량의 속도가 증가함에 따라 디스크받침의 변형도 증가하는 것으로 나타났지만, 크게 증가하지는 않았다. 디스크받침의 고정단의 동적 강성이 가동단의 강성보다 크게 나타나는데, 이는 가동단의 PTFE가 변형을 일으키기 때문이라고 판단된다. 이러한 결과는 철도교를 위한 디스크받침 설계기술의 발전에 기여할 것이다.
The theory for a new electromagnetically biased diskless combined radial and axial magnetic bearing is developed. A typical magnetic bearing system is composed of two radial magnetic bearings and an axial magnetic bearing. The axial magnetic bearing with a large axial disk usually limits rotor dynamic performance and makes assembling and disassembling difficult for maintenance work. This paper proposes a novel electromagnet biased integrated radial-axial magnetic bearing without axial disk. This integrated magnetic bearing uses two axial coils to provide the bias flux to the radial and axial air gaps of the combined bearing. The axial magnetic bearing unit in this combined magnetic bearing utilizes reluctance forces developed in the non-uniform air gaps such that the axial disk can be removed from the bearing unit. The 4-pole homopolar type radial magnetic bearing unit is also designed and analyzed. Three dimensional finite element model for the bearing is also developed and analyzed to illustrate the diskless combined magnetic bearing.
The aim of the present study is the characteristics of bridge rubber pads and suggested how to determine the stiffness the pads. A disk bearing is operated as an elastic bearing in the vertical direction and is composed of a Polyether Urethane (polyurethane) disk for elastic support and Polytetrafluoroethylene (PTFE) to accommodate movement. Static tests are conducted in a laboratory to determine the static behavior of a Polyurethane disk. Finite Element (FE) analysis is also performed to verify the static performance. For dynamic behavior, four disk bearings having the identical Polyurethane disk used in the static tests are installed in a full size railway bridge and tested under a running locomotive. From the tests results, the static and dynamic stiffness of disk bearings are estimated and compared with each other. In the procedure to estimate the stiffness of a pad, the dead load(pre-load) of a bridge and live load of a vehicle are considered.
This paper presents a finite element method to analyze the free and forced vibration of a hard disk drive (HDD) considering the flexibility of a spinning disk-spindle with fluid dynamic bearings (FDBs), an actuator with pivot bearings, an air bearing between head-disk interface and the base with complicated geometry. Finite element equation of each component is consistently derived with the satisfaction of the geometric compatibility of the internal boundary between each component. The spinning disk, hub and FDBs are modeled by annular sector elements, beam elements and stiffness and damping elements, respectively. The actuator am, E-block, suspension and base plate are modeled by tetrahedral elements. The pivot bearing in the actuator and the air bearing between head-disk interfaces are modeled by the stiffness element with five degrees of freedom and the axial stiffness, respectively. A global matrix equation obtained by assembling the finite element equations of each substructure is transformed to a state-space matrix-vector equation, and both damped natural frequencies and modal damping ratios are calculated by solving the associated eigenvalue problem with the restarted Arnoldi iteration method. Modal and shock testing are performed to show that the proposed method well predicts the vibration characteristics of a HDD.
Open steel plate girder (OPSG) bridges are the most prevalent railroad bridge type in Korea, constituting about 40% of all railroad bridges. Solid steel bearings, known as line type bearings, are placed in most OSPG railway bridges. However, the line type rigid bearings generate several problems with the bridge's dynamic behavior and maintenance in service. To compare and investigate the dynamic behaviors of line type, spherical and disk bearings, the vertical displacements of each bearing, including fixed and expansion type, under running vehicles are measured and analyzed. The displacements of disk and spherical bearings are measured after replacing the line type bearings with spherical and disk bearings. This study also analyzed dynamic behaviors of bridges. Furthermore, the deformation of the PTFE (Polytetrafluoroethylene) plate that is placed inside of expansion type spherical and disk bearings is measured and its effect on the dynamic behavior of the bridges is discussed. The up-lift phenomenon at the bearings installed for the steel bridges is estimated. The vertical displacements at mid-span of the bridges are compared according to the bearing types. Finally, the 1st mode natural frequencies are estimated, and the relationship to the vertical displacement is discussed.
High speed rotating airflow inside a HDD chamber causes sub-micron scale disk vibration that could generate significant TMR problems in most of current HDD products. Many publications are presented for the reduction of airflow excitation. One of the most effective methods widely adopted in high-end HDD products is SqueezeAir Bearing Plate (SABP). However, because of its tight assembly clearance between the damper and disk, this method could not be easily implemented in volume production. This article presents a disk damper design that is modified to be feasible for volume production by virtue of a new airflow modeling method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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