A cylindrical type of self-controlled restrictor is designed for hydrostatic bearing of crank shaft for a grinding wheel spindle. The effect of operation parameters, clearance between spindle and housing on bearing stiffness are analyzed to determine the optimum conditions of operation parameters. The lowest values of the supply pressure and the loads by the theoretical and experimental results assuming oil film thickness and shape of pocket are compared.
This paper presents fabrication techniques of the optical fiber position sensor (or spindle state monitoring. These include selection of components such as optical fibers, a laser-diode, a photo-diode, and op-amp IC of the signal process circuit. We also describe electric runout problem. The fabricated sensor has a linearity of $1.7\%$ FSO in the air gap range $0.1\~0.6mm$, a resolution of $0.37{\mu}m$ and a bandwidth of 6.3kHz. Finally, we have successfully operated a magnetic bearing spindle system using the sensors.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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제2권3호
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pp.295-299
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2013
This paper presents the new structure of a spindle motor for hard disk drive (HDD). It can produce axial force as well as torque without a pulling plate or a pulling magnet required for the normal operation of a hydrodynamic bearing in rotating-shaft structure. The proposed models have different air gap length along the axial direction by changing the thickness of permanent magnet (PM). One has a single slope and the other has double slopes on the surface of PM. For the design of the proposed models, variables are defined and its effects on the motor performances are investigated by 3-demensional finite element analysis (FEA). The equi-performance curves are investigated for the main characteristics of the spindle motor such as generated torque, axial force and torque ripple ratio. The validity of the proposed models is verified by the feasibility study and performance evaluation.
This paper investigates the dynamics of a HDD spindle system due to the change of FDBs. Flying height of the HDD spindle system is determined through the static analysis of the FDBs, and the stiffness and damping coefficients are calculated through the dynamic analysis of the FDBs. Free vibration characteristics and shock response of the HDD spindle system are analyzed by using the finite element method and the mode superposition method. Experimental modal test is also performed to verify the accuracy of the proposed method. This research shows that the stiffness coefficients of journal heating mostly affect the rocking frequencies because their magnitude are within the range of the stiffness of supporting structure. It also shows that the damping coefficients of thrust bearing mostly affect the axial frequency because the stiffness of thrust bearing is much smaller that that of supporting structure.
This research investigates the electromechanical characteristics of a spindle motor in a free-falling mobile hard disk drive before unexpected shock. Electromechanical simulation includes a time-stepping finite element analysis of the magnetic field in a speed controlled brushless DC motor and dynamic analysis of the stationary and rotating part linked by the fluid dynamic bearing under the free-falling condition. Analysis results show that the dynamic characteristics of the rotating spindle system during free-falling state have an effect on the relative motion between the stationary and rotating part of HDD. It results from the variation of reaction force in the bearing area due to the gravity force exerted on the rotating part of HDD, and the free-falling condition can be detected by observing the signal of the spindle motor and disk-head interface without using an accelerometer.
This research investigates the electromechanical characteristics of a spindle motor in a free-falling mobile hard disk drive before unexpected shock. Electromechanical simulation includes a time-stepping finite element analysis of the magnetic field in a speed controlled brushless DC motor and dynamic analysis of the stationary and rotating part linked by fluid dynamic bearing under the free-failing condition. Analysis results show that the dynamic characteristics of the rotating spindle system during free-falling state have an effect on the relative motion between the stationary and rotating part of HDD. It results from the variation of reaction force in the bearing area due to the gravely force exerted on the rotating part of HDD, and the free-failing condition can be detected by observing the signal of the spindle motor and disk-head interface without using the accelerometer.
Active magnetic hearings allow much high surface speed than conventional ball bearings and therefore greatly suitable for high speed cutting. This paper describes a design and test of an active magnetic bearing system with 16-pole radial magnets. The spindle is originally designed for a CNC lathe and driven by outer motor with 5.5 kW power and maximum speed 10,000 rpm. Considering static load condition and geometric restrictions, radial magnet is designed 16-pole type for smaller outer diameter of the spindle system. Dynamic system characteristics such as natural frequency, critical speed, stiffness, damping and system stabilities are simulated with a rigid rotor model including direct feedback controller. The designed spindle system is realized with digital PIDD controller to compensate phase lag of PWM amplifier and magnet coils. With levitation and step response experiment the control system characteristics are tested, and the spindle is rotated up to 10,000 rpm stab1y.
Multi-function and miniaturization of the medical equipment and tele-communication systems need small and high precision machined parts. For the economic machining of the small size workpiece it should be machined by small and high precision machine tools with high speed machining. The belt type driving system in turning lathe has a limitation of spindle speeds because of the vibrations from driving mechanism, built-in type of driving mechanism is used to reduce the vibration. However, the main spindle of the built-in motor is connected directly to the motor, so the heat generation of the motor and bearing makes bad influence of the accuracy of machine tools. In this study, the analysis of heat generation from motor and bearings supporting main spindle and experiment were carried out. The results of theoretical simulation of temperature and deformation of the main spindle are good agreement with those of measured.
Bearing joint dynamic parameter identification is crucial in modeling the high speed spindles for machining centers used to predict the stability and natural frequencies of high speed spindles. In this paper, a hybrid method is proposed to identify the dynamic stiffness of bearing joint for the high speed spindles. The hybrid method refers to the analytical approach and experimental method. The support stiffness of spindle shaft can be obtained by adopting receptance coupling substructure analysis method, which consists of series connected bearing and joint stiffness. The bearing stiffness is calculated based on the Hertz contact theory. According to the proposed series stiffness equation, the stiffness of bearing joint can be separated from the composite stiffness. Then, one can obtain the bearing joint stiffness fitting formulas and its variation law under different preload. An experimental set-up with variable preload spindle is developed and the experiment is provided for the validation of presented bearing joint stiffness identification method. The results show that the bearing joint significantly cuts down the support stiffness of the spindles, which can seriously affects the dynamic characteristic of the high speed spindles.
Miwa, M.;Harita, H.;Nishigami, T.;Kaneko, R.;Unozawa, H.
한국윤활학회:학술대회논문집
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한국윤활학회 2002년도 proceedings of the second asia international conference on tribology
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pp.283-284
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2002
Ball bearings (BB) are generally used in spindle of‘ disk drives at present, but they have been known that BB generate high frequency vibration. Fluid dynamic bearings (FDB) having high-rotational accuracy and small vibration characteristics have been developed as next generation spindles. Especially. a ferro fluid bearing (FFB) spindle has the advantage to prevent leakage and dispersion of lubricating oil using a ferro seal. In this study, we measured damping characteristics and frequency characteristics of these bearing spindles using a high-frequency vibration base. High frequency excitation was added to these bearing spindles mounted on the vibration base, and we proved that FFB and FDB spindles have effective damping.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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