This paper presents the thermal characteristics analysis of a high-speed HMC spindle system with angular contact ball bearings, built-in motor, oil-jet lubrication method, oil jacket cooling method, and so on. The spindle system is composed of the main spindle and sub-spindle which are mechanically connected by a flexible coupling. The spindles are supported by two front and rear bearings, and the built-in motor is located between the front and rear bearings of the sub-spindle. The thermal analysis model of spindle system is constructed by the finite element method, and the thermal characteristics in the design stage are estimated based on temperature distribution, heat flow and thermal deformation under the various testing conditions related to material of bearing ball, spindle speed and coolant temperature.
In modern engineering practice, the grinding process is one of the most important and widely used operations for the precision finishing of components. In this paper, machining characteristics of external plunge grinding were investigated by using spindle motor current signal through hall sensor. Grinding experiments were performed in terms of various grinding conditions such as wheel speed, workpiece speed, infeed rate and spark-out time with conventional vitrified bonded WA wheel. The relationship between spindle motor current signal and metal removal rate in terms of infeed rate was induced the by analyzing spindle motor current signal.
Recently, the motor-integrated spindle systems have been used to simplify the machine tool structure, to improve the motion flexibility of machine tool, and to perform the high-speed machining. In this study, a static and dynamic analysis system for motor-integrated high-speed spindle systems is developed based on Timoshenko theory, finite element method and windows programming techniques. Since the system has various analysis modules related to static deformation analysis, modal analysis, frequency response analysis, unbalance response analysis and so on, it is useful in performing systematically the design and evaluation processes of motor-integrated high-speed spindle systems under windows GUI environment.
Ball bearings have been widely used for the spindle motor bearing in various kinds of information storage devices. Recently many researchers have been trying to replace ball bearings with fluid film bearings because of their superior NRRO(non-repeatable runout) characteristics. In this study, a numerical analysis has been conducted for the complicate bearing system composed of herringbone groove journal bearing and spiral groove thrust bearing for the spindle motor of the information storage device. At first, spindle motor bearing is modeled as journal bearing part and thrust bearing part separately, and then observed various influences of geometric parameters. Previous studies had considered only the translational motion of the journal bearing. However, this study takes the additional 2-degree of freedom rotation into consideration to attempt to describe the real motion of the spindle bearing. As a result, rotational stiffness coefficients and rotational damping coefficients are obtained. In addition, a spindle bearing system made up of four bearings is modeled and interpreted at once and coefficients of dynamic characteristics of each bearing are obtained. Finally, an eigen analysis of bearing system is made with these results. Through this analysis, it is possible to estimate an unstable condition of the system for given geometric parameters and to propose a method which is able to avoid the unstable condition by a proper adjustment of geometric parameters.
The important problem in high speed spindle is to reduce and minimize the thermal effect by motor and bearing. This paper presents the thermal characteristic analysis for a high speed spindle with and without cooling at the rear part, considering the viscosity and the flow rate of cooling oil. A high speed spindle is composed of angular contact ceramic ball bearings, high speed built-in motor, oil jacket cooling and so on. The thermal analyses of high speed spindle need to minimize the thermal effect and maximize the cooling effect and they are carried out under the various cooling conditions. Heat generations of the bearing and the high speed motor are estimated from the theoretical and experimental data. This result can be applied to the design and manufacture of a high speed motor spindle.
This paper presents a method to investigate the characteristics of a hydrodynamic bearing of a HDD spindle motor due to elevated temperature considering the variation of the clearance as well as the lubricant viscosity. Iterative finite element analysis of the heat conduction and the thermal deformation is performed to determine the viscosity and clearance of a hydrodynamic bearing due to elevated temperature until the temperature of the bearing area converges. Proposed method is verified by comparing the calculated temperature with the measured one in elevated surrounding temperature as well as in room temperature. This research shows that elevated temperature changes the clearance as well as the lubricant viscosity of the hydrodynamic bearing of a HDD spindle motor. Once the viscosity and the clearance of a hydrodynamic bearing of a HDD spindle motor are determined, finite element analysis of the Reynolds equation is performed to investigate the static and dynamic characteristics of a hydrodynamic bearing of a HDB spindle motor due to elevated temperature. It also shows that the variation of clearance due to elevated temperature is another important design consideration to affect the static and dynamic characteristics of a hydrodynamic bearing of a HDD spindle motor
HDD structure is excited by the dynamic motion of disk-spindle motor components. Those excitations which are generated at stator and magnet rotor, at bearings and from disk dynamics, are transmitted through motor spindle and flange to HDD cover and base. The operational deflection shape measurement can show the structural excitation patterns at the most influent frequency on the acoustic noise level. One of those components is the axial excitation along spindle, and the other is the local orbital excitation at contact area of motor flange and base. To make a reduction of those structural transmission excitations, the structure of spindle motor is modified to the direction of reinforcement at transmission path without change of bearings, magnet and coil. Some excitation of spindle motor component carrying out essential function is unavoidable. So it is the efficient way of HDD noise improvement to control the structural transmission of excitation.
This paper presents a method to investigate the characteristics of a hydrodynamic bearing of a HDD spindle motor due to elevated temperature considering the variation of the clearance as well as the lubricant viscosity. Iterative finite element analysis of the heat conduction and the thermal deformation is performed to determine the viscosity and clearance of a hydrodynamic bearing due to elevated temperature until the temperature of the bearing area converges. Proposed method is verified by comparing the calculated temperature with the measured one in elevated surrounding temperature as well as in room temperature. This research shows that elevated temperature changes the clearance as well as the lubricant viscosity of the hydrodynamic bearing of a HDD spindle motor. Once the viscosity and clearance of a hydrodynamic bearing of a HDD spindle motor are determined, finite element analysis of the Reynolds equation is performed to investigate the static and dynamic characteristics of a hydrodynamic bearing of a HDD spindle motor due to elevated temperature. It also shows that the variation of clearance due to elevated temperature is another important design consideration to affect the static and dynamic characteristics of a hydrodynamic bearing of a HDD spindle motor.
80년대 초에 개발된 CD(Compact Disc) Disc는 지난 27여 년간 급속한 발전을 하였다. 95년에 DVD가 발표되면서 영화 Title제작이 되어 우리는 안방에서 고화질의 DVD를 감상할 수 있었다. CD-R(Recordable) 로부터 시작된 기록 기술은 CD-RW를 거쳐 DVD-Recordable, DVD-ReWritable 및 DVD-RAM, Light Scribe등 거쳐 BD(Blu-Ray) 기술에 까지 이르게 되었다. 광 Disc 기술은 3가지 분야로 나눌 수 있다. 안정된 제어를 위한 Servo 기술, Mechanical 기술, PC와communication 할 수 있는 Interface 기술 등으로 나눌 수 있다. Servo 제어 기술은 다음과 같이 4가지 분야로 구성되어 있다. Focus Servo, Tracking Servo, Sled Servo, Spindle Servo. Disc 회전을 제어를 담당하고 있는 Spindle Servo Block에서는 Hall Sensor를 이용하여 Disc의 회전을 Count하여 Feedback 하였다. 그러나 갈수록 심화 되고 있는 가격 경쟁 상황에서 Hall Sensor를 대체하여 회전수를 Conut하는 방법이 필요 하였다. BEMF(역기전력)을 이용한 Zero Crossing 방법이 이를 대체 하였지만, Motor의 전기적인 특성 편차 등에 안정된 control이 안되어서, Motor를 관리하는 방법으로 진행되어 왔다. 이것은 생산 Loss로 이어져서 Hall Sensorless의 장점을 훼손하게 되었다..본 논문에서는 이러한 Sensorless Type Spindle Motor의 문제점에 대해 Common 단자를 이용하여 안정된 제어 방법을 제안 한다. less Type의 문제점인 초기 기동 문제를 Common 단자를 이용하여 안정되게 Spindle motor를 Control 하는 방법에 대해 연구 하고자 한다.
A reliable and practical monitoring of drill breakage is a crucial technique in automatic machining system. In this study, a real-time monitoring system was developed to predict drill breakage using both spindle and z-axis motor current. Drill breakage is monitored by detecting the level of residual motor current which is obtained through the moving average filter algorithm. The residual exhibits a feature of sharp decrease just before drill breakage. Therefore, drill breakage can be predicted by detecting this characteristic of residual component. Z-axis motor current is better to predict the drill breakage than spindle motor current, because the former is faster in response than the latter when drill breakage is occurred. The evaluation experiments have shown that the developed monitoring system works very well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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