• Выпуски
  • Основные выпуски
  • Приложения
• Авторам
  • Правила публикации статей
  • Технические требования
  • Оплата
  • Лицензионный договор
  • График публикаций
• Редакционный совет
• Публикационная этика
• О журнале
  • Общая информация
  • Список авторов
  • Контакты
• Издательство МЦИТО

Редакционно-издательские услуги Международные публикации Бесплатные вебинары

• Определение сил, действующих на компакт-диск при считывании информации

КурицинАлександр Игоревич,студент 2го курса, факультет промышленных технологий, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пензенский государственный технологический университет» ПензГТУ, гПензаLikekrab@yandex.ru

Зайцев Владимир Юрьевич,Кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения» цикл «Теоретическая и прикладная механика» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пензенский государственный технологический университет» ПензГТУ, г Пензаvluzai@gmail.com

Определение динамических реакций опор привода компакт дисков

Аннотация.В статье определяются динамические реакции, которые испытывают опоры привода компакт дисков при считывании информации Применяя принцип Даламбера, определяются выражения для установлении математических зависимостей междудинамическимиреакциямиопор Определяются численные значения динамических реакций опор при различных значениях дисбалансаКлючевые словаКомпакт диск, ротор, привод компакт диска,активныесилы, центробежная сила инерции, силы реакций, центр масс, ось вращения, принцип Даламбера, условие равновесия,дисбаланс.

В век технического прогресса трудно представить нашу жизнь без различных технических средств, которые помогают нам в повседневной жизни и делают более интересным наш досуг. Это стиральные, посудомоечные машины, миксеры, микроволновые печи, музыкальные центры, персональные компьютеры, планшеты и тдМы активно ими пользуемся,иногда даже разговариваем с ними, при этом не задумываемся,как они устроены,и какие процессы и явления при этом происходятВ большинстве случаев все эти устройства можно представить как симбиоз электроники и механикиВ данной статье мы остановимся на персональных компьютерах, а именно на CDи DVDприводах, устройство которых рассмотрим поподробнее и попытаемся определить силы, действующие на элементы конструкции при работе механизмовУкрупненно CDи DVDприводы можно представить как блок электроники и блок механики рисунок 1, согласованная работа которых обеспечивает доступ к данным, хранящимся на CDи DVD.

Рисунок 1 –Блок схема привода

Блок механики –это многодвигательный электромеханический привод, который включает в себя электродвигатель механического приводазагрузки дисков, электродвигатель механического приводаперемещения лазерной головки и электродвигатель шпинделяМеханический привод загрузки дисков состоит из ременной и реечной передач Механический привод перемещения лазерной головки это винтовая передача[1].Привод вращения диска шпиндель представляет из себя вертикальныйвал, нижняя часть которого пята воспринимает как радиальные, так и осевые нагрузки и размещенав подпятнике, средняя часть вала располагается в неподвижной цилиндрической опоре.Вверхней части вала с натягом расположено основание, на которое размещается CDили DVD.После того как,привод загрузки дисков доставит CDили DVDв исходное положение поднимается механизм шпинделя, располагая диск на основании для CDили DVD.Вто же самое время диск фиксируется сверху фиксатором, расположенным в кожухе корпуса в свободном положении, используя принцип притяжения постоянного магнита, расположенного фиксаторе и металлического кольца, расположенного на основании.Работа фиксатора подобна работе магнитных замков карманов сумок Определим силы, воспринимаемые опорамишпинделя при считывании информациискомпакт дисков Для этогов первом приближениипредставим привод вращения компакт дисков в виде расчетной схемы,приведенной на рисунке 2

Рисунок 2 –Расчетная схемабез ротора:1 –вал; 2 –основание под компакт диск; 3 –компакт диск;4 –верхний фиксатор компакт диска; A–подпятник; B –неподвижная шарнирная опора

При составлении данной расчетной схемы было принято упрощение, а именно ротор электродвигателя, конструктивно расположенный выше опоры Bс центром тяжести, лежащим на оси вращения между опорами Aи Bпосередине,в первомприближениине учитывается Его масса будет учтена в массе компакт диска с основаниеми фиксатором.Во втором приближении можно рассмотреть систему с учетом массы и размеров ротора электродвигателя, данная расчетная схема приведена на рисунке 3.При определении реакций опор для первого и второго случая введем допущения:1.Диск вращается с постоянной угловой скоростью те элементарные частицы диска испытывают только нормальные ускорения;2.Диск с основанием и ротор является однородным, те масса равномерно распределена по всему объему;3.Считаем вал невесомым, а его массу считаем сосредоточенной в основание под компакт диск

Рисунок 3 –Расчетная схемасротором:1 –вал; 2 –основание под компакт диск; 3 –компакт диск; 4 –вал ротора электродвигателя;5 –верхний фиксатор компакт диска; A–подпятник; B –неподвижная шарнирная опора; С –центр масс ротора электродвигателя

Если предположить, что массы элементарных частиц диска, вместе с ротором рисунок 2, и массы частиц диска и ротора двигателя,расположенныхна различных частях валарисунок 3, распределенысимметрично относительно оси вращенияте центр масс диска с основанием и центр масс ротора лежат на оси вращения, то распределения масс не будут оказывать ни какого влияния на величины реакций опор подпятника и неподвижной цилиндрической опорыесли вал приводанеподвиженилиесли онвращается с постоянной частотой вращения, тк в этом случаеось Azявляется главной центральной осью инерции системы[2, 3].

С целью нахождения реакций опор с помощью штангенциркуля и на весах ВТ –200 с использованием набора грузов 10 мг…100 г М1 ГОСТ 7328 –2001 определены основные геометрические параметры и массы основных элементов приводаДиаметр диска 120 мм0,12 м, толщина диска мм,диаметр ротора мм0,024 м, высота ротора мм0,0075 м, длина вала мм0,026 м, расстояние между опорами мм0,012м, расстояние от вершины вала до опоры Bмм0,014м,расстояние от опоры Aдо центра масс ротора Cмм0,006 м,масса диска с основаниеми верхним фиксаторомколеблется в пределах г0,0221…0,0233кг, масса ротора г0,006 кг. Для определения динамических реакций опор применим принцип Даламбера и присоединим к активным силам и силам реакций связейсоответствующие силы инерции, действующие на частицы механической системы[2, 4]. Из принятых допущений следует,что центры масс диска и ротора будут лежать на оси вращения, а на частицы диска и ротора будут действовать только центробежные силы инерции  Главный вектор сил инерции диска будет равен и главный вектор сил инерции ротора будет равен , тк нормальные ускорения центров масс диска и ротора равны нулю Тогда на систему рисунок 2 будут действовать:активная сила (сила тяжести диска Н)и реакция опоры A(, направленная вверх.На систему рисунок 3 будут действовать активные силы: сила тяжести диска Н, сила тяжести ротора Н и реакция опоры A(, направленная вверх Реакция опоры Bбудет равна нулю тк все активные силы лежат на оси вращенияИз рисунков 2 и 3 видно, что необходимым и достаточным условием равновесия систем сил будет равенство нулю суммы проекций всех сил на ось Az[2, 4, 5] Составим эти условия равновесия для первого и второго случая, из которых определим реакцию подпятникаДля первого случая ;  Откуда НДля первого случая ;  Откуда ННетрудно видеть, что статические реакции опор привода одинаковые для первого и второго приближения Для их определения достаточно первой, упрощенной расчетной схемыТеперь рассмотрим случай, когда массы неравномерно распределены по диску с основаниеми верхним фиксатором, таким образом,центр массдиска не лежит на оси вращения, а смещен от оси на некоторую величину [6, 7].Сила тяжести диска Н в данном случае не лежит на оси вращения, а приложена центре масс рисунок 4.Ротор считаемоднородным(масса равномерно распределена по всему объему)так какпри производстве ониподвергаются динамической балансировке Сила тяжести ротораНбудет приложенав точке наоси вращения, те также как на рисунке 3Проведем координатные оси таким образом, что начало координат будетпроходить через плоскость симметрии диска и лежать на оси вращения, ось совпадает с осью вращения системы, а ось пройдет через центр масс компакт диска  Выбранная система координат вращается вместе с диском Таким образом, ось будет являться главной осью инерции диска для точки . Откуда следует, что центробежные моменты инерции и равны нулю [2].

Рисунок 4 –Расчетная схема с дисбалансом

Согласно принципу Даламбера присоединим к каждой точке,движущейся системы,кроме фактически действующих на неё активных сил и сил реакций,соответствующие силы инерции [2, 4] В результате можем рассматривать механическую систему, находящуюся в равновесии под действием активных сил (, , реактивных сил , ,  и сил инерции Составляющие реакций опор на ось (и  будут равны нулю, тк активные силы лежат в плоскости .Определим значения сил инерцииСогласно основной теореме статики теоремаПуансо систему сил инерции приведем к главному вектору сил инерции и главному моменту сил инерции , приложеннымив центре приведения в центре масс диска ) [2, 4].Из принятого допущения , получим , , где , [1, 4].При определениидинамическихреакций опор рассмотрим наихудший случай, т.е когда диск вращается с максимальным числом оборотов об/мин [8].Для полученной произвольной плоской системы сил составим три уравнения равновесия [2, 4]; ,; ,;.Откуда Н , те значение статической и динамической составляющейреакции равны и не зависят от неравномерности дисбаланса распределения масс.В свою очередь составляющие динамических реакций и соответственно находятся в прямой зависимости от неравномерности дисбаланса распределения масс, тк значение нормального ускорения .Зададимся диапазоном изменения дисбаланса мм и с помощью пакета прикладных программ MathCad[9, 10, 11] определим значения динамических реакций Результаты вычислений представлены на рисунке 5

Рисунок 5 –Значения динамических реакций

Анализ результатов показывает, что значения динамических реакций находятся в прямой зависимости от дисбаланса И даже при величине дисбаланса равному 1 мм динамические реакции соизмеримы с постоянной статической реакцией и даже в разы ее превосходят, что приводит к повышению нагрузок на опоры, снижающие долговечность привода

Ссылки на источники1.Волков, ВВПрикладная механика/ВВ Волков, ВЮ Зайцев–Пенза: Пензенская государственная технологическая академия, 2012.–130 с2.Тарг,СМ Краткий курс теоретической механики –М: Высш шк, 1986–416 с, ил3.Потемкин, АН Сопротивлениематериалов: учебник для студентов высших учебных заведений / АГ Схиртладзе, БВ Романовский, ВВ Волков, АН Потемкин –М: Изд центр Академия, –2012. –412 с4.Волков, ВВ Теоретическая механика./ ВВВолков, Зайцев ВЮ, Байкин НВ, Москвитина НВ –Пенза: Пензенская государственная технологическая академия,2011. –240 с5.Чупшев, АВ Теоретические и экспериментальные исследования смешивания сухих компонентов и микродобавок в лопастном смесителе Теория, конструкция, расчет/АВ Чупшев, ВВ Коновалов –Пенза, 2014–176 с6.Зайцев, ВЮ Исследование колебаний несбалансированного ротора на упругих опорах/ ВЮ Зайцев, АН Бородин // Научнометодический электронный журнал Концепт. –2015. –Т 13 –С 27062710.7.Потемкин, АН К вопросу о нестабильности динамических характеристик ротационных пневматических двигателей/ АН Потемкин, АА Гордов // Научнометодический электронный журнал Концепт. –2014. –Т 20 –С 18911895.8.ФизическиепараметрыDVD.DVD Technical Notes. Moving Picture Experts Group (MPEG) (21июля 1996).Проверено 30 мая 2008Архивировано из первоисточника 8 мая 2012.9.Коновалов, ВВ Расчет оборудования и технологических линий приготовления кормов примеры расчетов на ЭВМ)/ Коновалов ВВ –Пенза, 2002–206 с10.Смогунов ВВ Компьютерные технологии моделирования / В В Смогунов, В Ю Зайцев –Пенза: Пенз гос унт –2003.–84 с11.Иванов, АС Mathcad –мехфаку/АСИванов,ААВласов, ВВ Коновалов –Пенза, 1997 –64 c.