笔记本硬盘隔振分析与优化设计

论文总字数：26821字

摘 要

笔记本电脑已逐渐成为生产生活中不可或缺的一个部分，这使得大家对笔记本电脑的性能、稳定性等方面都提出了更高的要求。而随着使用环境的扩大，如何提高笔记本电脑的硬盘的隔振能力成为衡量笔记本电脑适用范围的重要标准之一。本文利用有限元建模的分析方法，通过仿真方法对笔记本电脑硬盘的隔振系统进行比较深入的研究分析，全文的主要工作包括以下几个部分：

(1)、根据资料的搜集等，对笔记本电脑的硬盘的隔振系统进行比较全面的分析，能够基本了解其构造等情况，为后期的分析、优化设计提供良好的基础。

(2)、通过对厂商提供的模型等进行重新建模，并绘制网格。其中，需要对各个部件进行单独的分析，充分考虑到其对硬盘部分分析的影响，对其结构、连接方式等进行合理且细致的化简，以保证后期分析的合理性。

(3)、对仿真分析的结果进行研究后，考虑在结构方面对笔记本电脑的隔振系统进行优化设计，方案中主要为改变硬盘支架的结构，减少周围振动对硬盘的影响，从而提高其隔振性能。

(4)、通过对整机施加加速度的方式，观察硬盘及支架部分的加速度的变化，可以用以评价优化前后的隔振系统的效果，验证设计的合理性。

本文的研究主要是在定性的程度上，对笔记本电脑的硬盘的隔振系统进行一个优化。以期在实际的应用之前，能够将一些问题解决掉，提高产品设计的速度，减小其设计周期，最终能够得到最优的产品。

关键词：硬盘；隔振系统；仿真分析；优化

NOTEBOOK HARD DRIVE VIBRATION ANALYSIS AND DESIGN OPTIMIZATION

02011523 Chiwen Cheung

Supervised by Xi Lu

Abstract

Notebook computer has become an integral part of the production of life, which makes everyone on notebook performance and stability have put forward higher requirements. With the use of the expansion of the environment, how to improve the ability of the hard disk isolation laptop become an important measure of the scope of the laptop. In this paper, finite element modeling analysis, conducted more in-depth research and analysis by simulation on the laptop hard drive vibration isolation system, the full text of the main work includes the following sections:

(1)、According to collected data, etc., for laptop hard drive vibration isolation system, a more comprehensive analysis, can be a basic understanding of its structure, to provide a good foundation for the later analysis, optimal design.

(2)、Repack the model of vendors, and draw the grid. Among them, the need for a separate analysis of the various components, fully taking into account its impact on the hard part of the analysis, a reasonable and detailed simplify its structure, connections, etc., in order to ensure the reasonableness of later analysis.

(3)、After analyzing the results of the simulation study, considering the structure of the laptop to optimize the vibration isolation system design, program mainly for changing the structure of the hard drive bracket and reduce the impact of vibration on surrounding the hard disk, thereby increasing its isolation performance.

(4)、Hardware acceleration is applied by the way, hard to observe changes in acceleration and bracket part, it can be used to evaluate the effect before and after optimization of the vibration isolation system, verify that the design is reasonable.

This study is mainly based on the qualitative degree of laptop hard drive a vibration isolation system optimization. Prior to practical applications, the ability to get rid of some of the problems, improve the speed of product design, reduce its design cycle, finally able to get the best products.

Key words: Hard disk; Isolation System; Simulation Analysis; Optimization

目 录

摘要………………………………………………………………………………………………I

关键词……………………………………………………………………………………………I

Abstract…………………………………………………………………………………………II

Key words ………………………………………………………………………………………II

目录………………………………………………………………………………………………III

第一章 绪论………………………………………………………………………………………1

1.1 引言 ……………………………………………………………………………………1

1.2 研究的目的与意义 ……………………………………………………………………1

1.3 国内外研究现状 ………………………………………………………………………1

1.4 本文的主要研究内容 …………………………………………………………………3

1.5 本章小结 ………………………………………………………………………………4

第二章 硬盘振动相关的分析方法………………………………………………………………5

2.1 引言 ……………………………………………………………………………………5

2.2 硬盘的振动原理 ………………………………………………………………………5

2.2.1 硬盘的振动形式 ………………………………………………………………5

2.2.2 硬盘的失效情况分析 …………………………………………………………5

2.2.3 振动的衡量标准 ………………………………………………………………6

2.3 硬盘振动分析方法与判断标准 ………………………………………………………6

2.4 软件介绍 ………………………………………………………………………………7

2.4.1 HyperMesh软件介绍 …………………………………………………………7

2.5 网格划分 ………………………………………………………………………………7

2.6 本章小结 ………………………………………………………………………………7

第三章 笔记本电脑的有限元建模………………………………………………………………8

3.1 引言 ……………………………………………………………………………………8

3.2 笔记本电脑整体几何模型的建立 ……………………………………………………8

3.3 有限元建模的重点部分………………………………………………………………11

3.3.1 三维模型的修改………………………………………………………………11

3.3.2 有限元建模中遇到的问题……………………………………………………12

3.4 笔记本电脑各部分有限元模型的建立………………………………………………12

3.4.1 有限元模型的建立流程………………………………………………………12

3.4.2 顶盖与底面的有限元模型……………………………………………………13

3.4.3 电池、光驱和风扇的有限元模型……………………………………………13

3.4.4 PCB板的有限元模型 …………………………………………………………15

3.4.5 硬盘与支架的有限元模型……………………………………………………16

3.4.6 参数的设定……………………………………………………………………17

3.5 本章小结………………………………………………………………………………17

第四章 硬盘隔振系统的有限元分析 …………………………………………………………18

4.1 引言……………………………………………………………………………………18

4.2 硬盘隔振系统有限元分析的理论基础………………………………………………18

4.2.1 动力学分析中的振动特性分析………………………………………………18

4.2.2 模态分析理论…………………………………………………………………18

4.3 硬盘隔振系统的模态分析……………………………………………………………19

4.4 冲击仿真实验分析……………………………………………………………………20

4.5 本章小结………………………………………………………………………………23

第五章 硬盘隔振系统优化设计与论证 ………………………………………………………24

5.1 引言……………………………………………………………………………………24

5.2 硬盘隔振系统及隔振方式简介………………………………………………………24

5.3 硬盘隔振系统优化设计方案…………………………………………………………24

5.4 硬盘隔振系统优化设计论证…………………………………………………………26

5.4.1 硬盘隔振系统优化后模态分析………………………………………………26

5.4.2 硬盘隔振系统优化后冲击仿真实验分析……………………………………28

5.5 本章小结………………………………………………………………………………30

第六章 总结与展望 ……………………………………………………………………………31

6.1 全文总结………………………………………………………………………………31

6.2 不足之处………………………………………………………………………………31

6.3 展望……………………………………………………………………………………31

致谢………………………………………………………………………………………………32

参考文献…………………………………………………………………………………………33

笔记本硬盘隔振分析与优化设计

第一章 绪论

1.1 引言

随着电子技术的快速发展，笔记本电脑成为了人们学习、工作、生活中必不可少的工具之一。为了满足使用者多样化、高性能的需求，笔记本电脑也在不断的更新换代，而这也对笔记本电脑内部结构的机械性能提出了更高的要求。作为笔记本电脑中承担数据存储的主要媒介，同时也是笔记本电脑中较为精密的部分，笔记本硬盘成为保护的重要对象。为了适应笔记本电脑日新月异的发展，同时更为了满足消费者对舒适性、稳定性、易用性等方面的更高要求，如何适当的减少笔记本硬盘中的振动传递，同时加强其在受到冲击时自我保护的能力显得十分的重要。

1.2 研究的目的与意义

随着计算机技术的飞速发展，在科研、生产、制造、控制、设计、管理等各个领域，计算机已经成为非常重要的一部分。而笔记本电脑由于自身便携、适合移动的属性，更成为当前生产生活中的重要电子设备。而在信息处理的过程中，会产生大量数据的读取和写入，因此硬盘的状态直接决定了计算机能否有效的工作。故而，对硬盘的研究成为计算机技术发展的重要基石之一。

相较于其他的存储设备，硬盘因为其存储能力强、效率高，同时兼顾较低的单位成本，使得其成为笔记本电脑的主存储器。同时，相对于闪存、光驱等存储方式或媒介，硬盘都是有非常大优势的。即便是目前发展较快的SSD固态硬盘技术，也因为其高昂的售价、相对不足的存储空间和相对较短的寿命，并不能够取代传统的机械硬盘。由此可以看出，机械硬盘作为笔记本电脑的主存储器，其未来的应用空间依然十分广阔。因此，硬盘需要适应更为复杂的使用环境，而硬盘的脆弱性、精密性等属性使得其在应用于笔记本电脑等需要一定便携性的电子设备时需要加以一定程度的保护，从而能够保证数据的安全与稳定。笔记本电脑的使用范围愈加广泛，使我们需要考虑更多情形下对硬盘的保护，从而适应不同的需求。而对笔记本硬盘影响最为广泛的，便是使用过程中的振动与冲击，这些因素都会对硬盘造成磁头磨损、物理坏道等不可逆的物理损坏，使得硬盘的寿命以及数据的安全受到很大的影响，从而给大家的工作生活带来不便。因此，通过更好的隔振技术来保护硬盘，减少使用环境对硬盘的影响，是增加其使用寿命，扩展其使用范围的主要方法。

本课题是来自东南大学与苏州三星电子电脑有限公司合作的有关笔记本电脑的研究项目，该项目的目的在于对笔记本电脑进行比较全面的研究分析，从而提高笔记本电脑的综合性能。整个项目包括降低噪音、减轻重量、音质分析、硬盘隔振、散热设计等六个方面，最终希望能够推动三星研发出更轻、更薄的笔记本电脑。本课题主要协助完成项目中硬盘隔振优化设计的部分，通过对原有隔振系统进行优化，实现最终提升性能的目的。

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