三維懸線式藍(lán)光光學(xué)頭力矩器的特性研究及優(yōu)化.pdf

1、本論文對(duì)一種懸線帶5°夾角的三維懸線式藍(lán)光光學(xué)頭力矩器進(jìn)行了磁場(chǎng)分析、模態(tài)和諧響應(yīng)分析，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)對(duì)比建立三維懸線式藍(lán)光光學(xué)頭力矩器的磁場(chǎng)、低頻特性參數(shù)的仿真計(jì)算模型，同時(shí)對(duì)力矩器等效剛度模型和靈敏度方面等參數(shù)進(jìn)行理論探討和優(yōu)化。
　　 首先介紹光學(xué)頭系統(tǒng)組成以及力矩器實(shí)現(xiàn)聚焦運(yùn)動(dòng)和循跡運(yùn)動(dòng)的控制原理。力矩器作為光存儲(chǔ)讀取系統(tǒng)光學(xué)頭中最重要的部件之一，其性能的好壞決定著整個(gè)讀取頭的好壞。隨著光存儲(chǔ)的發(fā)展，特別是藍(lán)光存儲(chǔ)的出現(xiàn)傳統(tǒng)

2、的二維懸線式力矩器已經(jīng)不能滿足需要，三維懸線式力矩器則成為新的發(fā)展方向。在國(guó)內(nèi)對(duì)于力矩器的研究還停留著二維力矩器上，而新的三維懸線式力矩器則國(guó)內(nèi)還處于空白。三維懸線式力矩器相對(duì)于二維力矩器具有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和更高的靈敏度，其結(jié)構(gòu)尺寸也越來(lái)越小，因此具有很高的研究?jī)r(jià)值。力矩器的兩個(gè)主要運(yùn)動(dòng)：聚焦運(yùn)動(dòng)和循跡運(yùn)動(dòng)是力矩器最主要的方向上的參數(shù)，兩個(gè)方向上的特性參數(shù)和實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法以及光學(xué)光學(xué)頭實(shí)現(xiàn)聚焦運(yùn)動(dòng)和循跡運(yùn)動(dòng)的原理都進(jìn)行了測(cè)量和介紹。

3、　　 利用有限元軟件ANSYS的磁場(chǎng)分析模塊，建立了三維懸線式藍(lán)光光學(xué)頭力矩器的磁場(chǎng)分析模型。三維懸線式力矩器實(shí)現(xiàn)聚焦運(yùn)動(dòng)、聚焦運(yùn)動(dòng)和傾斜補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)是通過(guò)磁場(chǎng)中的通電線圈受力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)力矩器的磁場(chǎng)分布建立理論模型，永磁鐵磁場(chǎng)模型采用磁極化理論來(lái)建立，而畢奧-薩伐爾定律來(lái)建立通電線圈的磁場(chǎng)模型。利用有限元軟件ANSYS中的電磁場(chǎng)模塊，對(duì)線圈實(shí)體建模，并把電流源以電流密度的方式輸入，用矢量單元SOLID97代替標(biāo)量單元，用MVP的方法求解

4、得到力矩器線圈上的磁場(chǎng)分布和有效受力。
　　 建立了三維懸線式藍(lán)光光學(xué)頭力矩器的低頻特性仿真分析模型。三維懸線式力矩器主要由可動(dòng)部件和不可動(dòng)部件組成，其中不可動(dòng)部件主要包括磁鐵和軛鐵為磁場(chǎng)的主要組成部分，可動(dòng)部件包括物鏡架、物鏡、五組線圈和六根懸線。三維懸線式力矩器在工作的時(shí)候是始終處于一種振動(dòng)狀態(tài)。三維懸線式力矩器的力學(xué)特性參數(shù)如一階共振頻率、一階共振峰值、5Hz靈敏度和200Hz靈敏度等是體現(xiàn)力矩器性能的主要參數(shù)。利用ANS

5、YS中的模態(tài)分析模塊提取力矩器可動(dòng)部件的模態(tài)?？蓜?dòng)部件的低頻區(qū)域主要為聚焦方向、循跡方向和傾斜方向上的固有頻率分別50.5Hz，54.8Hz,205.2Hz，三種模態(tài)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)對(duì)比誤差小于1％；可動(dòng)部件的高頻區(qū)域模態(tài)主要是物鏡架組件的彈性共振，且二階共振頻率均大于20kHz。采用ANSYS軟件中的諧響應(yīng)模塊對(duì)力矩器的特性參數(shù)進(jìn)行模擬，而力矩器中的阻尼膠效應(yīng)則使用等效阻尼系統(tǒng)來(lái)模擬，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)對(duì)比仿真結(jié)果誤差在5％以內(nèi)。
　　

6、 利用材料力學(xué)建立了三維懸線式藍(lán)光光學(xué)頭力矩器的等效剛度模型。根據(jù)振動(dòng)原理知道六根懸線都作為理想的懸臂梁結(jié)構(gòu)處理且這六根懸線為并聯(lián)的方式。對(duì)每根懸線進(jìn)行受力分析，采用材料力學(xué)中梁的撓度原理求解得到力矩三個(gè)方向的等效剛度模型，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比誤差在5％以內(nèi)。并對(duì)懸線的長(zhǎng)度、半徑、夾角、不同截面以及六根懸線截面的進(jìn)行不同設(shè)計(jì)為力矩器的頻率優(yōu)化提供設(shè)計(jì)方案。
　　 采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)做為分析方法，提取力矩器磁場(chǎng)的七個(gè)磁場(chǎng)因子對(duì)力矩器的