КАЗАНСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.ТУПОЛЕВА
ФакультетКиПЭВА
Практическаяработа дисциплине
«Проектированиецентральных и периферийных устройств»
Тема: «Проектированиезапоминающего модуля на сменном оптическом носителе»
Выполнил: студент
гр.4314 Назипов Э
Казань 2007
Содержание
1. Задание
2. Анализ задания,конструирование модели, описание конструкции
2.1 Информация о DVD
2.2 Конструирование ОН
2.3 Электродвигатель вращения
2.4 Анализ системы привода ОГ
2.5 Конструирование привода ОГ
2.6 Конструирование привода каретки
2.7 Модель ЗМСОН
3. Расчеты
3.1 Информационной ёмкости и плотности записи
3.2 Электродвигателя вращения
3.3 Электродвигателя позиционирования и ШД
3.4 Диаграммы расположения данных и метода записи
1.Задание
Кинематическая схема: всоответствии со схемой конструкции (эскиз 1 см. ниже). Встроенный ЭД вращения шпинделя, шаговый двигатель, ходовой винт, гайка, линейные двигатели, якоря наупругих мембранах.
Параметры: информационнаяёмкость 60 Гигабайт; число каналов записи-воспроизведения – 8; число рабочихповерхностей – 8; число матричных оптических головок на каждой поверхности – 2;скорость вращения 10 000 об/мин; время доступа – не более 3 мсек; способ записиRLL 8-16 3,9, D=120мм; b=25мм;Объем выпуска: 500 тыс/год
/>
Эскиз 1
2.Анализ задания
Сменный оптическийноситель, который необходимо сконструировать для нашего ЗМСОН, представляетсобой измененный по конструкции стандартный оптический носитель. Следовательноможно и нужно (ввиду отработанной технологии производства) взять за основуфизические параметры конструкции, способа изготовления и способ записисуществующего ОН стандарта DVD.
2.1 Краткие сведения оDVD
Оптический носительвыполняется в форме диска. Наружный диаметр 120 мм, внутренний 15 мм, толщина1,2 мм. Основа выполняется из поликарбоната (плотность 1,2 гр/см^2).Информационный слой состоит из углублений металлизированных отражающим металломтолщиной 50-100 нм. Этот слой формируется при изготовлении на производствеметодом штамповки.
/>
Для защиты используетсялаковое покрытие. В случае двустороннего DVD используются две половинки толщиной 0,6мм. В такомслучае информационные слои расположены в центре диска и читаются с разныхсторон. Длина волны используемого лазера 650/635нм, шаг между дорожками 0,74мкм, а минимальная длина пита 0,4 мкм. Способ записи RLL 8-16. Ориентировочная площадь поверхности используемой подхранение информации 0,008822 м^2 одной стороны (из расчета Rmax=57мм Rmin=21мм S=π*(Rmax^2-Rmin^2)) 0,018 м^2 для двухстороннего DVD. Объем V = 13359 мм^3. Масса M = 16 г. Момент инерции 293 г*см^2.
2.2 Конструирование ОН
По заданию нам необходимосоздать ОН диаметром 120 мм где рабочие поверхности расположены на боковыхкольцах. Ширина ОН должна составлять 25 мм. Число рабочих поверхностей 8.Скорость вращения 10000 об/мин.
Исходя из всейинформации, я спроектировал ОН следующей конструкции:
/>
Боковой диск, на которомкрепятся кольца, имеет внешний радиус 60мм внутренний 7,5мм (как у DVD диска) толщину 2,5мм. Сбокуприкреплены 4 кольца толщиной 1,2 мм (как у DVD диска) с двумя рабочими поверхностями – внутренней ивнешней. Шаг между внешними радиусами (и соответственно внутренними) составляет8мм. Расчетная масса 72 г. Момент инерции 1570 г*см^2.
Теоретический способизготовления основы — литье в профиль аналогично обычным дискам. Разумнополагать, что стоимость изготовления, как по критерию сложности/точности, так ипо критерию объем /информационная площадь значительно больше, нежели у DVD. Способ формирования информационногослоя не известен. Возможность применения штамповки ввиду кольцевой поверхностималовероятна. Что снова ведет к подорожанию готового ОН.
Помимо этого соотношениеобъем конструкции/объем информации хуже относительно DVD.
2.3 Электродвигательвращения
выполнен подобноконструкциям существующих ДВ. В расчете этого ЭД теоретической выдумкойявляется момент сопротивления движения ОН с номинальной скоростью, а такжевремя разгона.
/> />
2.4 Анализ системыпривода ОГ
В классическойконструкции ЗМСОН на основе диска, ОГ располагаются под рабочей поверхностью иперемещаются от минимальной (по радиусу расположения) дорожки к максимальной спомощью шагового двигателя и системы привода, состоящей из ходового винта,гайки и каретки. Оптическая головка и её система управления движется понаправляющим, жестко соединенным с двигателем вращения диска.
Так обеспечиваетсяпростота, точность, дешевизна и надежность конструкции. На фотографияхпродемонстрированы исполнения привода классического ЗМСОН.
/> />
Точной информации опараметрах ОГ не предстало возможным узнать. Но по виду нескольких приводовможно говорить о довольно сложной организации и большом занимаемом пространствесистемы ОГ.
Насколько возможнополагать из работы приводов, скорость позиционирования невысока. Также изсредств массовой информации, известно, что стоимость ОГ составляет большеполовины всей стоимости классического ЗМСОН.
2.5 Конструированиепривода ОГ
Согласно заданию,количество ОГ на поверхность должно быть 2 шт, в сумме 16 ОГ. Привышеупомянутом сравнении стоимости ОГ, такое количество кажется чрезмерным.Помимо этого, по заданию, ОГ должны перемещаться в пространствах между кольцамиОН.
Учитывая размерысуществующих ОГ, это сложно организовать, но в качестве теоретическогоэксперимента, я представил, что существует ОГ с конечными размерами 3,5*4*5мм.В таком случае их возможно свободно размещать в полостях ОН.
Согласно этой выдумке, возможноосуществлять запись на информационных дорожках начиная с расстояния 3 мм от бокового диска и заканчивается на расстоянии 1,5 мм от края колец. В этом случаеинформационное кольцо будет иметь ширину 18мм.
Теоретически привод ОГ могбы выглядеть так (размеры в граф.части):
/>
Две головки делятинформационное кольцо на две половины по 9мм и передают биты через один каналзаписи-воспроизведения. Четыре ОГ работают с одним кольцом на одном радиусе,поэтому возможно управлять их частотой и позиционированием одновременно. Ходпривода ограничен возможностями линейного двигателя позиционирования, и вданном случае составляет 3мм. Остальной ходобеспечивает шаговый двигатель.
В этом проекте я применяюШД с шагом 30 градусов, и с помощью привода ходового винта с кареткойобеспечиваю смещение всех ЛДП на 1мм. ЛДП и ШД могут работать одновременно. Этосвойство я использовал в расчете ЛДП по критерию времени позиционирования.
Но даже с учетомтеоретического перемещения каретки шаговым двигателем на 7мм за 2,8 мсек,расчетные параметры ЛДП не кажутся физически реализуемыми. Что еще раз говорито сложности и нецелесообразности создания подобно ЗМСОН.
2.6 Конструированиепривода каретки
Для уменьшения массыпростоты изготовления я сконструировал следующую систему.
Как видно из рисунка,стойки двигателей помимо фиксации двигателей, выполняют роль направляющих длякаретки. Фактически они связывают все движущиеся компоненты. От точностивыполнения крепежа зависит устойчивая работа привода.
/>
Но в сравнении склассическим ЗМСОН, вся конструкция слишком сложна и менее виброустойчива.
Ходовой винт имеет резьбус шагом 6мм за один оборот. На каретке расположена гайка с шариковыми подшипниками,которые скользят в пазах ходового винта. За счет чего вращательное движениепреобразуется в поступательное. Расчетов на силы сопротивления я не проводил.Так же как и параметры ШД они остаются неизвестными. Теоретически я предположилчто ШД с стартовой частотой питания 2500Гц сможет за требуемое времяпозиционирования передвинуть каретку со всем грузом на необходимое расстояние(согласно расчету за 2,8мсек на 7мм).
2.7 Модель ЗМСОН
В комплексе ЗМСОНвыглядит так:
/>
3.Расчеты
3.1 Информационная ёмкость и плотностьзаписи
/>
3.2 Электродвигатель вращения
/>
/>
3.3 Линейный двигательпозиционирования и Шаговый двигатель
/>
3.4 Диаграммырасположения данных и метода записи
/>
/>
/>
/>