何沛均
（东莞南城新科磁电制品有限公司，广东 东莞 523087）
摘 要：随着科学技术的发展，硬盘的储存容量要求越来越大，相应的磁盘单位面积存储密度也是越来越高。在硬盘的生产过程中，硬盘的测试性能主要受到伺服码信号的写入质量的影响，而设备振动，是其中最为重要的一个影响因素。在本文中，将应用PRO/ENGINEER内置有限元功能模块PRO/MECHANICA对硬磁盘伺服码写入设备相应的组件建立有限元模型，并对组件结构和装配关系进行分析，利用PRO/MECHANICA进行模态分析，计算出组件的固有频率和振动模态。根据模态分析结果分析组件振动原因并对此进行了改进措施的实施。通过对部件的结构改进，消除组件结构共振问题，从而改善系统的动态特性。
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关键词 ：伺服码；振动分析；振动改善；模态分析
中图分类号：G354.4文献标志码：A文章编号：1000-8772（2015）07-0206-01
收稿日期：2015-02-10
作者简介：何沛均（1978-），男 ，汉族 ，.广东东莞人，初级职称，研究方向机械电子与自动化。
1 前言
随着网络技术的极速发展，人们对于数据的大量存储的需求在飞速增长。为了满足人们对于存储容量越来越大，存储性能越来越高，存储价格越来越低的要求，整个硬盘生产工业面临巨大的机遇和挑战。如何提高硬盘驱动器的可靠性，降低成本，就需要在硬盘驱动器的生产过程中进行有效的控制。
2 伺服码写入设备中的振动问题
在每个硬盘生产的过程中，都会在磁盘上写入特殊的磁轨信号，来实现对读写磁头的控制，这些特殊的磁轨信号称为伺服码，在硬盘出厂后，这些伺服码是用户不可以改变的，而且也不会知道它们的存在。用来在硬磁盘上写入伺服码信号的设备称为伺服码写入机。在测试的过程中有部分的硬盘会出现寻道轨错误，通过失效模式分析，发现是写入到磁盘上的伺服码信号存在很高的位置错误信号而导致了硬盘的读写磁头无法准确定位。通过对磁碟伺服码信号写入设备的检测发现，部分设备在1400Hz附近检测到异常的振动峰值，正是由于振动，造成了伺服码信号写入过程中的位置错误问题。
在本文中，将通过对伺服信号写入设备的磁头安装模块进行有限元建模，实现振动模态分析，以寻找改善伺服码信号写入设备性能的有效方法。
3 伺服码写入设备组件的有限元建模与模态分析
3.1 建立实体模型
在磁碟伺服码信号写入设备中，磁头安装模块安装在位置驱动器的轴上，由位置驱动器带动整个磁头组合模块在磁盘表面进行往复的摆动，完成伺服码信号的写入。应用Pro-E软件建立磁头安装模块与位置驱动器安装组件的简化实体模型。
3.2 建立有限元模型
建立实体模型后，应用PRO/MECHANICA的集成模式来完成模型的有限元建模。
通过查阅材料手册，定义磁头安装组件相关部件的材料属性。根据组件的安装关系，建立两个对应的有限元模型。一个是磁头安装模块与位置驱动器安装面分离的情况，另一个是磁头安装模块与位置驱动器安装面紧密安装的情况。定义相关组件的约束条件，应用AutoGEN的功能模块对创建组件模型进行实体网格划分。
3.3 伺服码写入设备组件的模态分析
应用计算模态分析的方法，应用PRO/MECHANICA模态分析模块对磁头安装模块进行模态分析，计算出磁头安装组件的固有频率。
从计算结果看，当磁头安装模块和位置驱动器主轴安装面分离的情况下，磁头安装模块在1600Hz频率附近发生了一阶弯曲变形和二阶弯曲变形，其固有频率与在设备上检测到的异常振动峰值频率相接近。
4 振动特性改进措施
通过对伺服码写入设备磁头安装模块的结构和装配关系进行检查，查阅相关零部件的加工图纸，发现两者在尺寸配合上存在问题。磁头安装模块的安装孔的深度是31mm，而位置驱动器的轴长度也是31mm。由于在加工过程中必然存在一定的加工误差范围，则很可能在装配的时候出现磁头安装模块的安装面和位置驱动器主轴安装面无法紧密接触的问题。同时，在对位置驱动器主轴进行检查时发现，在主轴和安装台阶面之间实际上并没有退刀槽，而是留有一个圆弧形的倒角，磁头安装模块的安装孔边缘，只留有0.2mm的倒角，在磁头安装模块和位置驱动器主轴的安装过程中，就可能出现磁头安装模块倒角无法完全避开主轴安装面倒角的情况，这就导致磁头安装模块安装面和位置驱动器主轴安装面不能紧密接触。
针对以上的问题，对磁头安装模块进行结构上的改进。首先对磁头安装模块的安装孔的深度进行加工，使得安装孔深度增加到31.5mm，保证安装孔的深度在加工误差范围内一定能够满足位置驱动器的主轴的长度；然后对磁头安装模块的安装孔边缘的倒角进行加工，重新加工C1.0mm的倒角，保证磁头安装模块能够完全避开位置驱动器主轴安装台阶面上的圆弧形倒角，从而使得两个部件能够紧密安装，增加磁头安装组件的安装刚度。
在完成对磁头安装模块的结构改进后，对相关的伺服码信号写入设备运行过程中的振动特性进行测试，对应的1400Hz附近的异常振动峰值明显降低，消除了异常振动的问题。
5 总结与展望
本文通过对硬磁盘伺服码信号写入失效的振动测试和组件的有限元模态分析，在各个部件的组装配合上进行分析，研究改进部件装配的问题，消除系统的不稳定因素，从而提高系统的可靠性。再进一步可以对各个部件的结构进行分析优化，改善系统的动态特性。这种通过有限元分析的方法对设备失效模式进行分析改善的方法不仅仅适用于对硬磁盘伺服码信号写入设备的问题解决，针对生产线上的其他设备，都可以进行推广，进行相应的改善工作。
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参考文献：
[1] 韩清凯，于晓光.基于振动分析的现代机械故障诊断原理及
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[2] 师汉民.机械振动系统：分析.测试.建模.对策（上册）（第二
版）.武汉：华中科技大学出版社，2004.3：317-367.
（责任编辑：赵蕾）