CD-ROM驱动器隔振系统优化设计

　　CD-ROM驱动器信号拾取是通过光头发出的激光束稳定、准确地聚焦于光盘上的光道而获得的。外界振动、噪声的干扰,光盘高速旋转的不平稳,都会影响激光束的准确聚焦,从而干扰信号拾取的连续性,使得输出图像出现抖动,甚至停顿。为了获得高质量的视频、音频效果,除了应准确合理设计伺服电路机构外,光驱系统隔振装置的性能优劣是关键性的。

　　光驱隔振系统一般采用4只平置式隔振垫,只是各公司所采用的材料、型式有所不同。隔振系统的性能取决于系统的质量、刚度、阻尼等物理参数和其所构成的动态特性参数。以往通常凭经验和简单地模仿设计系统,隔振性能很难得到保证。本文通过动力学建模和理论分析,对CD-ROM驱动器隔振系统进行了优化设计。实例表明,优化后的系统隔振性能有了较大幅度提高。

　　1 数学模型的建立

　　相对来说,CD-ROM驱动器比隔振垫的刚度大得多,故将CD-ROM驱动器简化作刚体,其质心位置可用广义坐标列矢量表示。4只隔振垫特性相同,三向主刚度均为Kx、Ky、Kz,每只隔振垫沿主惯性轴Ox、Oy、Oz的坐标分别为Ci、Ai、Bi。忽略阻尼且无外力作用时CD-ROM系统自由振动的微分方程式为:

式中:[M]为CD-ROM隔振系统质量阵,由系统质量M及转动惯量I决定;[K]为CD-ROM隔振系统刚度阵,由Kx、Ky、Kz及Ci、Ai、Bi决定;[M]、[K]阵的具体构建方法见文献[3];分别为质心位置广义加速度和广义位移列矢量。

　　一般机械振动都假设为简谐的,因此式(1)中可以写为:

式中{Φ}是系统作自由振动时,各个坐标上振幅组成的列阵,此即为“主振型”。因为主振型不可能为零,故要使式(3)有非零解,必须使:

式(5)是一个ω²的6次多项式,这个多项式的根,就是矩阵[M]^-1[K]的特征值。因此,欲求解振动系统固有频率及主振型,只要求出矩阵[M]-1[K]特征值及特征向量。多自由度系统受迫振动的一个显著特点,就是存在振动耦合,即在某一个自由度方向的激励会在多个自由度方向同时产生响应。这种耦合是十分有害的,它不仅使得振动方程的解算困难,而且使系统固有频率的频带分布加宽,从而增加了隔振的困难。因此,避免或减少耦合振动--解耦设计是提高多自由度隔振系统性能的最有效手段之一。

　　从能量角度来说,耦合就是沿着某个广义坐标方向的力(力矩)所作的功,转化为系统沿多个广义坐标的动能和势能。系统沿某个广义的坐标振动的动能和势能可以互相转换,但其总和不变。故系统沿某一个广义坐标的总能量可用最大动能(或势能)来表示。

　　当系统以第j阶模态振动时,定义能量分布矩阵为: