專利名稱：減振元件、應(yīng)用減振元件的減振系統(tǒng)及減振元件設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種減振技術(shù)，特別是關(guān)于一種應(yīng)用在硬盤上的減振元件、應(yīng)用減振元件的減振系統(tǒng)及減振元件設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
光磁儲存技術(shù)朝更高密度的存儲媒體發(fā)展已是現(xiàn)今產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢，諸如應(yīng)用光磁儲存技術(shù)的硬盤等數(shù)據(jù)儲存裝置是所有數(shù)據(jù)存儲與交換的核心。同時，諸如計(jì)算機(jī)或服務(wù)器的電子產(chǎn)品中多采用可更換式硬盤作為數(shù)據(jù)儲存裝置，以方便使用、更換硬盤。因此，諸如硬盤的數(shù)據(jù)儲存裝置通常是以可滑進(jìn)滑出的結(jié)構(gòu)定位在上述電子產(chǎn)品的機(jī)殼或機(jī)箱中。
然而，硬盤一般與機(jī)殼/機(jī)箱剛性連接，在經(jīng)常抽取、移動、回裝、作開機(jī)沖擊試驗(yàn)、風(fēng)扇或外界其它因素引起的振動下，即使振幅不大，也會直接傳到硬盤造成性能(performance)顯著下降，而且往往由于硬盤無法對抗過量的振動，易造成數(shù)據(jù)傳輸中斷或甚至當(dāng)機(jī)。如此大大地降低硬盤工作的穩(wěn)定性及其壽命。
為此，有人設(shè)計(jì)減振技術(shù)解決上述問題。相關(guān)的專利技術(shù)例如有中國臺灣發(fā)明專利證書第I229852號、實(shí)用新型專利證書第M278994號、發(fā)明專利證書第I220514號、實(shí)用新型專利證書第M275512號、發(fā)明專利公告第556937號、實(shí)用新型專利公告第564988號及實(shí)用新型專利公告第371490號等案。
在這些設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者主要采用彈簧或橡膠墊對單個硬盤的數(shù)據(jù)儲存裝置進(jìn)行單方向的減振，對于具備多個硬盤的電子產(chǎn)品至今尚無全方位行之有效的減振方案。
同時，上述專利均僅對特定問題進(jìn)行探討與解決，并未周詳考慮到包括安裝減振設(shè)計(jì)的空間限制、安裝便利性、穩(wěn)定性、安全性、機(jī)殼接地、強(qiáng)度、材料老化及防止電磁干擾(Electromagnetic Interference，EMI)等各個層面，無法提供整體有效的減振技術(shù)。
因此，如何克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺失，提供一種性能優(yōu)越、穩(wěn)定的減振技術(shù)提高整個數(shù)據(jù)儲存裝置的性能，提高整個電子產(chǎn)品運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，實(shí)為目前亟待解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的主要目的在于提供一種減振元件、應(yīng)用減振元件的減振系統(tǒng)及減振元件設(shè)計(jì)方法，提升減振效果。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種減振元件、應(yīng)用減振元件的減振系統(tǒng)及減振元件設(shè)計(jì)方法，有效解決材料老化及電磁干擾(EMI)等問題。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種減振元件、應(yīng)用減振元件的減振系統(tǒng)及減振元件設(shè)計(jì)方法，提供安裝便利性。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種減振元件、應(yīng)用減振元件的減振系統(tǒng)及減振元件設(shè)計(jì)方法，提升電子產(chǎn)品的穩(wěn)定性與安全性。
本發(fā)明的還一目的在于提供一種減振元件、應(yīng)用減振元件的減振系統(tǒng)及減振元件設(shè)計(jì)方法，提升強(qiáng)度。
為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明提供一種減振元件、應(yīng)用減振元件的減振系統(tǒng)及減振元件設(shè)計(jì)方法。
該減振元件設(shè)在數(shù)據(jù)儲存裝置中具有第一定位部的機(jī)殼與容置該數(shù)據(jù)儲存裝置的機(jī)箱間，其中，該減振元件包括本體，具有端部與相對于該端部的根部，且變形量是表示為ϵ=A[σ]Elt2,]]>其中，E表示本體材料的楊氏系數(shù)，l表示本體長度，I表示本體的橫截面的轉(zhuǎn)動慣量，[σ]表示本體材料的許可應(yīng)力，t表示本體的厚度，A=h(l22-(l-h)((l-h)ln(h-l)-l)+lh(l-h)lnh-h2(l-h)lnh),]]>h表示本體的寬度變化需要的長度；第二定位部，設(shè)在該本體，對應(yīng)結(jié)合該第一定位部，將該本體結(jié)合到該機(jī)殼；以及連接部，設(shè)在該本體的端部，用于接觸該機(jī)箱，吸收并減小該機(jī)箱與該機(jī)殼間的位移與相對振動。
上述減振元件中，該本體是金屬彈片，該本體的端部與根部比例為1∶2。該第一定位部是定位柱，該第二定位部則是對應(yīng)的定位孔，并設(shè)有兩個第二定位部及兩個連接部。該連接部可選擇垂直于該端部的折邊，或該連接部是從該端部傾斜延伸的折邊。
該減振元件的設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用在設(shè)計(jì)設(shè)在數(shù)據(jù)儲存裝置中具有第一定位部的機(jī)殼與容置該數(shù)據(jù)儲存裝置的機(jī)箱間的減振系統(tǒng)中的減振元件，該減振元件的設(shè)計(jì)方法包括確定減振系統(tǒng)固有頻率；決定減振元件結(jié)構(gòu)；以及決定減振元件尺寸及材料。
上述設(shè)計(jì)方法中，在確定減振系統(tǒng)固有頻率的步驟中，先根據(jù)以往測試結(jié)果配合振動理論確定減振系統(tǒng)固有頻率范圍，再依系統(tǒng)空間限制進(jìn)一步確定該減振系統(tǒng)固有頻率范圍，確定該減振系統(tǒng)固有頻率。該減振系統(tǒng)固有頻率是20至70Hz之間。在決定減振元件結(jié)構(gòu)的步驟中，采用等強(qiáng)度變截面的懸臂梁結(jié)構(gòu)作為該減振元件。在決定減振元件結(jié)構(gòu)的步驟中，包括設(shè)計(jì)該減振元件的彈性系數(shù)和需要的變形量，其中，該減振元件的本體端部與根部比例是1∶2。在決定減振元件尺寸及材料的步驟中，決定該減振元件的厚度、長度、材料屬性及減振元件材料的許可應(yīng)力。
該減振系統(tǒng)應(yīng)用在可設(shè)置數(shù)據(jù)儲存裝置的電子產(chǎn)品中，該減振系統(tǒng)包括機(jī)殼，設(shè)在該數(shù)據(jù)儲存裝置且具有第一定位部；機(jī)箱，容置該機(jī)殼；以及減振元件，對應(yīng)該第一定位部設(shè)在該機(jī)殼與該機(jī)箱之間，并包括可變形的本體，變形量表示為ϵ=A[σ]Elt2,]]>其中，E表示本體材料的楊氏系數(shù)，l表示本體長度，I表示本體的橫截面的轉(zhuǎn)動慣量，[σ]表示本體材料的許可應(yīng)力，t表示本體的厚度，A=h(l22-(l-h)((l-h)ln(h-l)-l)+lh(l-h)lnh-h2(l-h)lnh),]]>h表示本體的寬度變化需要的長度，吸收并減小該機(jī)箱與該機(jī)殼間的位移與相對振動。
上述減振系統(tǒng)中，該減振元件還包括設(shè)在該本體用于對應(yīng)結(jié)合該第一定位部的第二定位部以及設(shè)在該本體端部用于接觸該機(jī)箱的連接部。該減振元件是等強(qiáng)度變截面的懸臂梁，該本體是金屬彈片。
現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明設(shè)在數(shù)據(jù)儲存裝置進(jìn)行多方向減振的減振元件，提供全方位行之有效的減振方案。同時，由于本發(fā)明的設(shè)計(jì)周詳?shù)乜紤]到包括安裝減振設(shè)計(jì)的空間限制、安裝便利性、穩(wěn)定性、安全性、機(jī)殼接地、強(qiáng)度、材料老化及防止電磁干擾(EMI)等各個層面，可提供整體有效的減振技術(shù)。本發(fā)明可提升減振效果，有效解決材料老化及電磁干擾(EMI)等問題，提供安裝便利性、提升電子產(chǎn)品的穩(wěn)定性與安全性并提升構(gòu)件強(qiáng)度，解決了現(xiàn)有技術(shù)的缺失。


圖1是本發(fā)明減振元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是應(yīng)用該減振元件的減振系統(tǒng)的示意圖，其中，該減振元件是設(shè)置在數(shù)據(jù)儲存裝置的機(jī)殼；圖3是本發(fā)明減振元件設(shè)計(jì)方法的流程示意圖；圖4是減振系統(tǒng)物理模型的示意圖；圖5是振動時最大相對位移隨頻率變化的示意圖；圖6是沖擊時最大相對位移隨頻率變化的示意圖；圖7是沖擊時最大絕對加速度隨頻率變化的示意圖；圖8是振動時系統(tǒng)運(yùn)動空間隨頻率變化的示意圖；圖9A及9B是該減振元件的尺寸設(shè)計(jì)的示意圖，圖9A中減振元件受力點(diǎn)和固定端的寬度相同，圖9B是本體的寬度由b0變到0時需要的長度；以及圖10是決定減振元件尺寸及材料的流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例圖1及圖2分別是本發(fā)明減振元件的立體圖及減振系統(tǒng)的示意圖。
該減振元件應(yīng)用在減振系統(tǒng)中，諸如設(shè)在數(shù)據(jù)儲存裝置中具有第一定位部的機(jī)殼與電子產(chǎn)品中容置該數(shù)據(jù)儲存裝置的機(jī)箱間，該電子產(chǎn)品可以是諸如計(jì)算機(jī)、服務(wù)器或其它可配備數(shù)據(jù)儲存裝置的電子產(chǎn)品，該數(shù)據(jù)儲存裝置則可以是硬盤、光盤或其它可供存取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)儲存裝置。由于數(shù)據(jù)儲存裝置的機(jī)殼與容置該數(shù)據(jù)儲存裝置的機(jī)箱都是現(xiàn)有技術(shù)，此處所示僅為例示性說明，非限定本發(fā)明，適先敘明。
如圖1及圖2所示，減振元件1設(shè)置在數(shù)據(jù)儲存裝置10的機(jī)殼101與容置該數(shù)據(jù)儲存裝置10的機(jī)箱(未標(biāo)出)間，該機(jī)殼101具有諸如定位柱的第一定位部1011，該減振元件1包括本體11，具有端部與相對于該端部的根部，且變形量表示為ϵ=A[σ]Elt2,]]>其中，E表示本體11材料的楊氏系數(shù)，l表示本體11長度，I表示本體11的橫截面的轉(zhuǎn)動慣量，[σ]表示本體11材料的許可應(yīng)力，t表示本體11的厚度，A=h(l22-(l-h)((l-h)ln(h-l)-l)+lh(l-h)lnh-h2(l-h)lnh),]]>h表示本體11的寬度變化需要的長度；第二定位部13，設(shè)在該本體11，對應(yīng)結(jié)合該第一定位部1011，將該本體11結(jié)合到該機(jī)殼101；以及連接部15，設(shè)在該本體11的端部，用于接觸該機(jī)箱101，吸收并減小該機(jī)箱與該機(jī)殼101間的位移與相對振動。
該本體11具有端部及相對該端部的根部。在本實(shí)施例中，該本體11是例如彈片，較佳是金屬彈片。當(dāng)然，該本體11也可以是金屬鋼板或其它具有彈性變形能力的彈性體或等效元件，借此提升強(qiáng)度、防止材料老化及電磁干擾(EMI)。
該第二定位部13設(shè)在該本體11，對應(yīng)結(jié)合該第一定位部1011，將該本體11結(jié)合到該機(jī)殼101。該減振元件1設(shè)有兩個第二定位部13。
該連接部15則設(shè)在該本體11的端部，該連接部15可選擇垂直于該端部的折邊，該連接部15也可以從該端部傾斜延伸的折邊，該減振元件1設(shè)有兩個連接部，用于接觸電子產(chǎn)品(未標(biāo)出)中容置該數(shù)據(jù)儲存裝置10的機(jī)箱(未標(biāo)出)，吸收并減小該機(jī)箱與該機(jī)殼101間的位移與相對振動。
減振系統(tǒng)100應(yīng)用在電子產(chǎn)品中，該減振系統(tǒng)100包括機(jī)殼101，設(shè)在該數(shù)據(jù)儲存裝置且具有第一定位部1011；機(jī)箱(未標(biāo)出)，容置該機(jī)殼101；以及減振元件1，對應(yīng)該第一定位部1011設(shè)在該機(jī)殼101與該機(jī)箱之間，并包括可變形的本體11，變形量表示為ϵ=A[σ]Elt2,]]>其中，E表示本體11材料的楊氏系數(shù)，1表示本體11長度，I表示本體11的橫截面的轉(zhuǎn)動慣量，[σ]表示本體11材料的許可應(yīng)力，t表示本體11的厚度，A=h(l22-(l-h)((l-h)ln(h-l)-l)+lh(l-h)lnh-h2(l-h)lnh),]]>h表示本體11的寬度變化需要的長度；第二定位部13，設(shè)在該本體11，對應(yīng)結(jié)合該第一定位部1011，將該本體11結(jié)合到該機(jī)殼101以及連接部15，設(shè)在該本體11的端部，用于接觸該機(jī)箱101，吸收并減小該機(jī)箱與該機(jī)殼101間的位移與相對振動。由于容置該數(shù)據(jù)儲存裝置10的機(jī)箱結(jié)構(gòu)是現(xiàn)有技術(shù)，為了簡化附圖此處未顯示機(jī)箱結(jié)構(gòu)。
該減振元件1的設(shè)計(jì)方法包括如圖3所示的確定減振系統(tǒng)固有頻率(301)、決定減振元件結(jié)構(gòu)(303)、決定減振元件尺寸及材料(305)等步驟。
在本實(shí)施例中，步驟301中先根據(jù)以往測試結(jié)果配合振動理論，確定減振系統(tǒng)固有頻率范圍，再依系統(tǒng)空間限制進(jìn)一步確定減振系統(tǒng)固有頻率范圍，確定減振系統(tǒng)固有頻率。
在根據(jù)以往測試結(jié)果配合振動理論確定減振系統(tǒng)固有頻率范圍上，由振動力學(xué)可知，要抑制高頻振動，理論上減振系統(tǒng)100的固有頻率設(shè)計(jì)得越低越好。同時，系統(tǒng)的固有頻率越低，系統(tǒng)需要運(yùn)動的空間也就越大。因此，設(shè)計(jì)的減振系統(tǒng)100的固有頻率較佳是綜合考慮減振效果與諸如服務(wù)器的電子產(chǎn)品機(jī)箱內(nèi)部可以利用的空間大小，在這兩者之間找到理想的平衡點(diǎn)。
因此，可先將外部的各種干擾簡化，將振動激勵簡化為z··e=A0sinωt:.]]> 表示激勵的加速度，A0表示振動加速度的幅值，ω表示振動的頻率，t表示時間。
沖擊激勵簡化為z··e=B0sin(π0.011t)0≤t≤τz··e=0t>τ.]]>B0表示沖擊加速度的幅值，τ表示沖擊的持續(xù)時間。
對于一個系統(tǒng)來說，用ωn表示系統(tǒng)的共振頻率。當(dāng)ωωn=1]]>時，系統(tǒng)處于共振狀態(tài)；ωωn<1]]>或者1<ωωn<2]]>時，系統(tǒng)處于放大區(qū)，ωωn>2]]>時，系統(tǒng)進(jìn)入了衰減區(qū)。
由于諸如硬盤的數(shù)據(jù)儲存裝置10主要是避免高頻振動的激勵，低頻振動相對來說影響比較小，因此減振系統(tǒng)100主要是為抑制高頻振動對該數(shù)據(jù)儲存裝置10的影響而設(shè)計(jì)，換言之即要保證減振系統(tǒng)對高頻振動具有良好的衰減效果。對于該數(shù)據(jù)儲存裝置10的減振系統(tǒng)100來說，設(shè)計(jì)的固有頻率要小于激勵頻率的倍，即ωn=ω2.]]>理論上為了達(dá)到高頻減振的要求，系統(tǒng)固有頻率越小越好。但是，固有頻率也不是越低越好，過低的固有頻率會在共振點(diǎn)處產(chǎn)生高的超出承受能力的響應(yīng)，需要的減振空間也會太大。
該數(shù)據(jù)儲存裝置10不穩(wěn)定的主要原因是受到開機(jī)瞬時的沖擊與和機(jī)殼101運(yùn)動激勵引起的振動造成的。易言之，設(shè)計(jì)的減振系統(tǒng)須將該機(jī)殼101與該機(jī)箱隔離，減少振動和沖擊對該機(jī)殼101內(nèi)的數(shù)據(jù)儲存裝置10的影響，這種方式一般稱為被動隔振。同時，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的主要目的是為了抑制該數(shù)據(jù)儲存裝置10的高頻振動，不應(yīng)該另加阻尼元件，僅僅靠結(jié)構(gòu)阻尼減少共振峰值。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)阻尼一般較小，對共振以外其它情況影響較小。所以，對于減振系統(tǒng)可以建立如圖4所示的物理模型。
如圖4所示的減振系統(tǒng)物理模型，根據(jù)振動力學(xué)原理，忽略減振元件的質(zhì)量m’，可以得到系統(tǒng)的振動方程式mz″+k(z-ze)＝0 (1-1)其中，m表示數(shù)據(jù)儲存裝置10的質(zhì)量，z表示數(shù)據(jù)儲存裝置10的位移，ze表示機(jī)箱的位移，k表示減振元件的彈性系數(shù)。
一般而言，ze是各種頻率的簡諧振動的疊加，可將系統(tǒng)支撐機(jī)箱的運(yùn)動位移簡化為ze＝A0sinωt，系統(tǒng)的固有頻率則由彈性系數(shù)k和本身的質(zhì)量決定ωn=κm.]]>經(jīng)適當(dāng)合理的簡化后，可以解得
z=11-(ωωn)2·ze---(1-2)]]>對于一個簡諧振動來說，其加速度的幅值與位移關(guān)系式為A0＝a/ω2，其中，a表示位移幅值的大小。
根據(jù)式(1-2)，可以得到數(shù)據(jù)儲存裝置因?yàn)榧钫駝佣憫?yīng)的振動幅值A(chǔ)為A=11-(ωωn)2·A0---(1-3)]]>從而可以得到該數(shù)據(jù)儲存裝置與機(jī)箱之間的相對位移大小R=A+A0=11-(ωωn)2·A0+A0---(1-4)]]>根據(jù)上述(1-1)至(1-4)各式，就可以依應(yīng)用環(huán)境、測試標(biāo)準(zhǔn)確定減振系統(tǒng)固有頻率，設(shè)計(jì)一個合理有效的減振系統(tǒng)。
舉例來說，對于諸如服務(wù)器的電子產(chǎn)品而言，可規(guī)定測試標(biāo)準(zhǔn)，例如在開機(jī)狀態(tài)下的測試標(biāo)準(zhǔn)為振動幅值大小為0.25g(g為重力加速度)，頻率從10Hz變化到500Hz，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下z··e=0.25*9.8*sin(ωt),10<ω<500]]>由此就可以得到該數(shù)據(jù)儲存裝置10的機(jī)殼101在外部振動激勵下的各種振動參數(shù)。
圖5是振動時最大相對位移隨頻率變化的示意圖，當(dāng)系統(tǒng)的固有頻率從20Hz變化到70Hz時，機(jī)殼101振動幅值的變化情況，說明振動情況下振幅與頻率的關(guān)系。如圖所示，固有頻率越低，其振幅就越大，但對于高頻振動的衰減也越大，符合設(shè)計(jì)需要的減振要求。
同時，考慮沖擊情況下振幅與頻率的關(guān)系，對此也有相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)。
理論上來說，單位脈沖力的沖擊響應(yīng)h(t)在忽略阻尼的情況下為h(t)=1mωnsinωnt---(1-5)]]>短時間作用的力P(t)可視為一系列脈沖力的疊加，則系統(tǒng)靜止?fàn)顟B(tài)下，任意激勵力的沖擊響應(yīng)x(t)如下x(t)=∫0tp(t)h(t-τ)dτ---(1-6)]]>假設(shè)系統(tǒng)受到幅值為A，周期為τ的半正弦波沖擊p=Asin(πτt)0≤t≤τF=0t>τ,]]>代入式(1-6)中，得到表達(dá)式如下x(t)=∫0tAsin(ωτ)*1mωnsin(ωn(t-τ))dτ]]>=Aωn2k2ωsinωnt-2ωnsinωtω2-ωn2]]>=Ak[sinωt-ωωnsinωnt1-(ωωn)2]=Ak[sin(πτt)-T2τsin(ωnt)1-(T2τ)2]]]>其中T=2τωωn.]]>當(dāng)t≥τ時，外部沖擊消失，此時系統(tǒng)將做自由振動，其初始條件為x2(0)=x1(τ),x2(0)·=x1(τ)·,]]>所以，后面的振動方程可以直接寫出x2(t)=x1(τ)cosωnt+x1(τ)·ωn′sinωn2t]]>=Ak((T/2τ)2-1)Tτcos(πτT)sin(ωn(t-τ/2))]]>在推出了直接作用力后的沖擊響應(yīng)方程式后，利用方程式的相似性，可以得到機(jī)殼101激勵為半正弦波加速度輸入a=Asin(πτt),]]>其作用時間為τ，則回應(yīng)的相對位移公式為x(t)=(A/ωn2)1-(ω/ωn)2(sinπtτ-ωωnsinωnt)0≤t≤τx(t)=(A/ωn2)1-(ω/ωn)2cos(πωn/(2ω))sin(ωn(t-τ/2))t>τ---(1-7)]]>絕對加速度公式為
x(t)=A1-(ω/ωn)2(sinπtτ-ωωnsinωnt)0≤t≤τx(t)=A1-(ω/ωn)2cos(πωn/(2ω))sin(ωn(t-τ/2))t>τ---(1-8)]]>上述方程式得出了系統(tǒng)在受到?jīng)_擊時的各種響應(yīng)及其參數(shù)，依照此就可以得出需要考慮的減振空間及減振元件本身的特性，設(shè)計(jì)出一個有效的減振系統(tǒng)。
在一測試標(biāo)準(zhǔn)中，開機(jī)狀態(tài)下，外部沖擊的大小為5g，作用時間為0.011秒，表達(dá)式如下p(t)=5*9.8*sin(πτt),0<τ<0.01]]>根據(jù)(1-7)、(1-8)式可分別得到?jīng)_擊時，最大相對位移與絕對加速度隨頻率變化的關(guān)系，如圖6所示為沖擊時最大相對位移隨頻率變化示意圖，如圖7所示為沖擊時最大絕對加速度隨頻率變化示意圖。
由上便可設(shè)計(jì)出一個能通過測試標(biāo)準(zhǔn)的減振同時也可以減振的減振系統(tǒng)。
經(jīng)過前面的計(jì)算，可以知道固有頻率為f的減振系統(tǒng)受到0.25g，10至500Hz的機(jī)殼101激勵，當(dāng)激勵的頻率為10Hz時，有最大相對位移為R，假設(shè)減振元件直接固定在機(jī)殼101上，裝配時給定初始變形量為δ，由于數(shù)據(jù)儲存裝置10及其機(jī)殼101的自重，減振元件會有一撓度變化a=mgk,]]>接著，在依系統(tǒng)空間限制進(jìn)一步確定減振系統(tǒng)固有頻率范圍時，在系統(tǒng)運(yùn)動要求最大空間下，為了使減振元件既不與機(jī)殼101脫離，又滿足強(qiáng)度要求，則需滿足條件δ-a≥Rδ+a+R≤[δ],]]>其中，[δ]是要求的減振元件變形量大小。
如此，可以解得[δ]≥2(R+a)，得到振動時，系統(tǒng)要求減振元件變形量隨頻率的關(guān)系，如圖8所示即為振動時系統(tǒng)運(yùn)動空間隨頻率變化示意圖。
同理，當(dāng)此減振系統(tǒng)經(jīng)受幅值為5g，周期為τ＝0.011sec的半正弦波一個周期沖擊時，則可得到系統(tǒng)要求減振元件變形量隨頻率變化的關(guān)系。
由上可知，對于一個減振系統(tǒng)來說，當(dāng)固有頻率定為30至50Hz，要求的減振元件變形空間為3.5mm以下時，這種減振系統(tǒng)能夠在現(xiàn)有的空間中實(shí)現(xiàn)減振與防沖擊的目的。
設(shè)計(jì)實(shí)例在步驟301中，可依以往測試結(jié)果確定硬盤對哪些頻率段的振動敏感，例如由計(jì)算機(jī)硬盤測試結(jié)果可知，硬盤主要受到外部10至500Hz的基礎(chǔ)激勵。其中，高頻振動是造成硬盤不穩(wěn)定的主要因素，100Hz以下的振動幾乎不影響硬盤的工作性能。同時，在此步驟中是初步確定減振系統(tǒng)固有頻率范圍，例如已知一產(chǎn)品規(guī)格的硬盤受到的振動激勵為f＝10到500Hz，a＝0.25g，由測試結(jié)果得知對硬盤工作性能影響大的頻率段為f≥100hz。
對于一個系統(tǒng)來說，用fn表示系統(tǒng)的共振頻率。當(dāng)ffn=1]]>時，系統(tǒng)處于共振狀態(tài)；ffn<1]]>或者1<ffn<2]]>時，系統(tǒng)處于放大區(qū)，ffn>2]]>時，系統(tǒng)進(jìn)入了衰減區(qū)。由于硬盤主要是怕高頻振動的激勵，對于低頻振動相對來說比較強(qiáng)壯，因此設(shè)計(jì)的減振系統(tǒng)主要是抑制高頻振動對硬盤的影響，也就是說要保證減振系統(tǒng)對高頻振動具有良好的衰減效果。對于硬盤的減振系統(tǒng)，應(yīng)該使設(shè)計(jì)的固有頻率小于激勵頻率的倍，即，fn≤f2=1002=70.7.]]>同時，因?yàn)楣舱竦木壒?，激勵頻率范圍太寬，所以系統(tǒng)要經(jīng)過共振區(qū)。理論上，共振回應(yīng)該是無窮大；但是，由于存在機(jī)構(gòu)阻尼，一般共振幅值會放大8至10倍，只要系統(tǒng)固有頻率大于20Hz，共振的響應(yīng)幅值都不會太高，初步確定系統(tǒng)固有頻率為20至70Hz。
此外，通過比較減振系統(tǒng)在20至70Hz范圍內(nèi)系統(tǒng)需要運(yùn)動空間隨頻率的關(guān)系，然后根據(jù)系統(tǒng)所需空間與機(jī)箱實(shí)際上能提供給減振系統(tǒng)的空間比較，綜合減振效果的考慮，便可確定系統(tǒng)固有頻率的參考范圍。
例如在20至70Hz范圍內(nèi)，振動時系統(tǒng)最大相對位移隨頻率變化的關(guān)系為R=A+A0=11-(ffn)2·A0+A0]]>其中，f＝10Hz，A0=0.25g(2πf)2,]]>fn＝20～70。
而且，在20至70Hz范圍內(nèi)，沖擊時系統(tǒng)最大相對位移隨頻率變化的關(guān)系為x(t)=-(A/fn2)1-(f/fn)2(sinπtτ-ffnsin(2πfnt))0≤t≤τx(t)=(A/fn2)1-(f/fn)2cos(πfn/(2f))sin(2πfn(t-τ/2))t>τ]]>其中，f＝10Hz，，fn＝20～70，A＝5g，τ＝0.011。
另外，在20至70Hz范圍內(nèi)，沖擊時系統(tǒng)最大絕對加速度隨頻率變化的關(guān)系如下。其中，產(chǎn)品規(guī)格例如為允許最大加速度a≤10g。
x(t)=-A1-(f/fn)2(sinπtτ-ffnsin2πfnt)0≤t≤τx(t)=A1-(f/fn)2cos(πfn/(2f))sin(2πfn(t-τ/2))t>τ]]>其中，f＝10Hz，，fn＝20～70。
如此，便可進(jìn)一步確定減振系統(tǒng)固有頻率范圍。
在系統(tǒng)運(yùn)動要求最大空間下，為了使減振元件既不會脫離機(jī)殼且滿足強(qiáng)度要求，則需滿足條件δ-a≥Rδ+a+R≤[δ][δ]≥2(R+a)]]>其中，[δ]是要求的減振元件變形量(也就是相對位移)大小，a=mgk,]]>k＝(2πfn)2m，fn＝20～70，綜合考慮系統(tǒng)空間和減振效果的優(yōu)劣，系統(tǒng)固有頻率為30至50Hz時都比較理想，下面以40Hz為例，設(shè)計(jì)一減振元件。即接著進(jìn)行步驟303。步驟303是在系統(tǒng)固有頻率確定以后進(jìn)行，并在此步驟中設(shè)計(jì)減振元件本體的彈性系數(shù)和需要的變形量[δ]，但并非以此為限。
在初始參數(shù)的給定上，對于一個已知的減振系統(tǒng)來說，其要求的振幅是已知的，也就是說對于一個減振元件來說，其許可的變形量至少應(yīng)該大于減振系統(tǒng)要求的振幅，只有這樣才能達(dá)到有效的減振效果。因此，對于減振元件來說，在滿足彈性系數(shù)k及強(qiáng)度要求的情況下，希望其所能許可的變形量越大越好。在本實(shí)施例中，該減振元件選用變形量為最大的懸臂梁結(jié)構(gòu)，但并非以此為限。同時，考慮到安裝減振系統(tǒng)的空間限制與安裝便利性、穩(wěn)定性及電磁干擾(EMI)等，例如可采用金屬彈片作為減振元件。
減振元件的物理模型如圖9A所示，減振元件在末端受力F作用。圖9A的減振元件在受力點(diǎn)和固定端的寬度都設(shè)計(jì)成一樣的寬度，在圖9B減振元件，減振元件的端部寬度為b0，受力點(diǎn)處的寬度為b1。其中，h表示本體的寬度由b0變到0時需要的長度，決定著減振元件的形狀。
減振系統(tǒng)是否成功，主要是看裝上此系統(tǒng)后，設(shè)備能否滿足某項(xiàng)規(guī)格。為了便于計(jì)算，下面采用規(guī)格為(1)振動時，f＝10至500Hz、a＝0.25g；(2)沖擊時，激勵為作用時間為τ＝0.011s的半正弦函數(shù)a=5gsin(πτt),]]>回應(yīng)加速度amax≤10g的規(guī)格的機(jī)箱。當(dāng)然，若應(yīng)用在其它規(guī)格的機(jī)箱時，則用對應(yīng)的規(guī)格參數(shù)替代上述數(shù)值即可。
在本實(shí)施例中，根據(jù)撓度公式及強(qiáng)度公式，該減振元件選用變形量為最大的懸臂梁結(jié)構(gòu)，在較小的截面獲得較大的變形量。同時，考慮到該減振元件各部分的應(yīng)力不一樣，是以采用等強(qiáng)度變截面的懸臂梁結(jié)構(gòu)為較佳。此外，減振元件的本體端部與根部比例為1∶2。
如此，便可進(jìn)到步驟305，決定減振元件尺寸及材料。
配合圖10可知，先確定減振元件厚度t、長度1、材料屬性E及減振元件材料的許可應(yīng)力[σ]。假設(shè)首先確定減振元件作為懸臂梁的長度1，虛梁的長度h，可以求出減振元件任意一點(diǎn)x處的力矩為M(x)＝F(1-x)，得出減振元件本體的變形公式為
ϵ=FEI0-h(l22-(l-h)((l-h)ln(h-l)-l)+lh(l-h)lnh-h2(l-h)lnh)---(3-1)]]>用A表示(3-1)中有關(guān)h、l的關(guān)系式，可以得出ϵ=FEI0A---(3-2)]]>其中，A=h(l22-(l-h)((l-h)ln(h-l)-l)+lh(l-h)lnh-h2(l-h)lnh)---(3-3)]]>又根據(jù)應(yīng)力許可公式[σ]=Mt2I0=Flt2I0---(3-4)]]>得出實(shí)際的許可變形量ϵEA=[σ]lt2]]>ϵ=A[σ]Elt2---(3-5)]]>可以計(jì)算出減振元件的轉(zhuǎn)動慣量I0及減振元件根部的寬度b0I0=FϵAE=kAE=b0t312]]>b0=12kAEt3(3-6)]]>判斷利用(3-5)公式所得的許可變形量是否大于減振元件所需的變形量后，判別根據(jù)公式(3-6)得到減振元件寬度是否合理，便可確定減振元件的尺寸與材料。當(dāng)然，確定減振元件的最終形式及尺寸時還可考慮制造便利性及安裝尺寸的大小。
在本實(shí)施例中的減振元件可設(shè)在數(shù)據(jù)儲存裝置機(jī)殼的各個位置，只要可有效提供該數(shù)據(jù)儲存裝置在各方向上(例如六個方向上)的減振效果，即提供全方位行之有效的減振效果者即可，非以附圖中所示為限。
同時，該減振元件可選用金屬彈片，相對于塑料或者橡膠材料可以有效解決數(shù)據(jù)儲存裝置機(jī)殼的接地與EMI等問題。而且，與塑料或橡膠相比，金屬彈片具有更高的強(qiáng)度，不會存在塑料或者橡膠因使用時間長出現(xiàn)的老化現(xiàn)象。
此外，本發(fā)明的減振元件可設(shè)計(jì)較佳的彈性系數(shù)，提供更好的減振效果。再者，該減振元件的形狀設(shè)計(jì)也具備靈活的彈性，能夠節(jié)省數(shù)據(jù)儲存裝置機(jī)殼內(nèi)的寶貴空間，安裝方便，強(qiáng)度也較高。
綜上所述，本發(fā)明的減振元件、應(yīng)用減振元件的減振系統(tǒng)及減振元件設(shè)計(jì)方法不僅能有效地達(dá)到減振效果，也能有效防止各種沖擊對數(shù)據(jù)儲存裝置造成的傷害，解決了現(xiàn)有技術(shù)的種種缺失，實(shí)已具備高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
權(quán)利要求
1.一種減振元件，設(shè)在數(shù)據(jù)儲存裝置中具有第一定位部的機(jī)殼與容置該數(shù)據(jù)儲存裝置的機(jī)箱間，其特征在于，該減振元件包括本體，具有端部與相對于該端部的根部，且變形量表示為ϵ=A[σ]Elt2,]]>其中，E表示本體材料的楊氏系數(shù)，l表示本體長度，I表示本體的橫截面的轉(zhuǎn)動慣量，[σ]表示本體材料的許可應(yīng)力，t表示本體的厚度，A=h(l22-(l-h)((l-h)ln(h-l)-l)+ln(l-h)lnh-h2(l-h)lnh),]]>h表示本體的寬度變化需要的長度；第二定位部，設(shè)在該本體，對應(yīng)結(jié)合該第一定位部，將該本體結(jié)合到該機(jī)殼；以及連接部，設(shè)在該本體的端部，用于接觸該機(jī)箱，吸收并減小該機(jī)箱與該機(jī)殼間的位移與相對振動。
2.如權(quán)利要求1所述的減振元件，其特征在于，該本體是金屬彈片。
3.如權(quán)利要求1所述的減振元件，其特征在于，該本體的端部與根部比例為1∶2。
4.如權(quán)利要求1所述的減振元件，其特征在于，該第一定位部是定位柱，該第二定位部則是對應(yīng)的定位孔。
5.如權(quán)利要求1所述的減振元件，其特征在于，該減振元件設(shè)有兩個第二定位部。
6.如權(quán)利要求1所述的減振元件，其特征在于，該連接部垂直于該端部的折邊。
7.如權(quán)利要求1所述的減振元件，其特征在于，該連接部是從該端部傾斜延伸的折邊。
8.如權(quán)利要求1所述的減振元件，其特征在于，該減振元件設(shè)有兩個連接部。
9.一種減振元件的設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用在數(shù)據(jù)儲存裝置中具有第一定位部的機(jī)殼與容置該數(shù)據(jù)儲存裝置的機(jī)箱間的減振系統(tǒng)中的減振元件，其特征在于，該減振元件的設(shè)計(jì)方法包括確定減振系統(tǒng)固有頻率；決定減振元件結(jié)構(gòu)；以及決定減振元件尺寸及材料。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在確定減振系統(tǒng)固有頻率的步驟中，先根據(jù)以往測試結(jié)果配合振動理論，確定減振系統(tǒng)固有頻率范圍，再依系統(tǒng)空間限制進(jìn)一步確定該減振系統(tǒng)固有頻率范圍，確定該減振系統(tǒng)固有頻率。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，該減振系統(tǒng)固有頻率是20至70Hz之間。
12.如權(quán)利要求9所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在決定減振元件結(jié)構(gòu)的步驟中，采用等強(qiáng)度變截面的懸臂梁結(jié)構(gòu)作為該減振元件。
13.如權(quán)利要求9所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在決定減振元件結(jié)構(gòu)的步驟中包括設(shè)計(jì)該減振元件的彈性系數(shù)和需要的變形量。
14.如權(quán)利要求9所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，該減振元件的本體端部與根部比例是1∶2。
15.如權(quán)利要求9所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在決定減振元件尺寸及材料的步驟中，決定該減振元件的厚度、長度、材料屬性及減振元件材料的許可應(yīng)力。
16.一種減振系統(tǒng)，應(yīng)用在設(shè)置數(shù)據(jù)儲存裝置的電子產(chǎn)品中，其特征在于，該減振系統(tǒng)包括機(jī)殼，設(shè)在該數(shù)據(jù)儲存裝置且具有第一定位部；機(jī)箱，容置該機(jī)殼；以及減振元件，對應(yīng)該第一定位部設(shè)在該機(jī)殼與該機(jī)箱之間，并包括可變形的本體，變形量表示為ϵ=A[σ]Elt2,]]>其中，E表示本體材料的楊氏系數(shù)，l表示本體長度，I表示本體的橫截面的轉(zhuǎn)動慣量，[σ]表示本體材料的許可應(yīng)力，t表示本體的厚度，A=h(l22-(l-h)((l-h)ln(h-l)-l)+ln(l-h)lnh-h2(l-h)lnh),]]>h表示本體的寬度變化需要的長度，吸收并減小該機(jī)箱與該機(jī)殼間的位移與相對振動。
17.如權(quán)利要求16所述的減振系統(tǒng)，其特征在于，該減振元件還包括設(shè)在該本體用于對應(yīng)結(jié)合該第一定位部的第二定位部以及設(shè)在該本體端部用于接觸該機(jī)箱的連接部。
18.如權(quán)利要求16所述的減振系統(tǒng)，其特征在于，該本體是金屬彈片。
19.如權(quán)利要求16所述的減振系統(tǒng)，其特征在于，該減振元件是等強(qiáng)度變截面的懸臂梁。
全文摘要
本發(fā)明公開一種減振元件、應(yīng)用減振元件的減振系統(tǒng)及減振元件設(shè)計(jì)方法，該減振元件包括本體、第二定位部；以及連接部。減振元件的設(shè)計(jì)方法包括確定減振系統(tǒng)固有頻率；決定減振元件結(jié)構(gòu)；以及決定減振元件尺寸及材料。該減振系統(tǒng)包括機(jī)殼，設(shè)在該數(shù)據(jù)儲存裝置且具有第一定位部；機(jī)箱，容置該機(jī)殼；以及減振元件。本發(fā)明的減振元件、應(yīng)用減振元件的減振系統(tǒng)及減振元件設(shè)計(jì)方法，提升減振效果，有效解決材料老化及電磁干擾(EMI)等問題，提供安裝便利性，提升電子產(chǎn)品的穩(wěn)定性與安全性及強(qiáng)度，相對已解決現(xiàn)有技術(shù)的缺失。
文檔編號G11B33/08GK101064180SQ200610078068
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月29日
發(fā)明者鄭再魁, 胡永涼, 熊軍, 呂家將, 熊友軍 申請人:英業(yè)達(dá)股份有限公司