1 概述

光驱作为计算机的一个使用频率颇高的重要部件，其使用情况直接关乎着用户对产品和品牌的认可程度，而光驱翻门的设计正是提高用户体验，体现品牌价值的一个举措。本文利用ABAQUS对光驱弹出过程进行有限元分析，以计算在现有光驱翻门设计下，光驱应提供多大力才能推开光驱翻门，实现光驱的顺利弹出。图1为某款机箱的光驱翻门设计。

图1 某款机箱的光驱翻门设计

2 光驱弹出过程分析

光驱的弹出是光驱在电机提供推力作用下推开光驱挡板的过程，实质上是光驱推力克服光驱翻门弹簧扭力的过程，整个推开过程遵循力矩平衡原理，即

∑M弹簧=∑M光驱=F光驱推力×L

欲得到光驱推力，则需要得知翻门弹簧在各旋转角度对应的扭矩。表1为测试所得光驱翻门弹簧在典型角度对应的扭矩值，这些值将作为弹簧参数输入到ABAQUS分析模型所设置的弹簧中。

图2 光驱翻门弹簧典型角度扭矩参数表

3 有限元模型的建立

3.1 分析模型的简化

本次分析重在计算光驱推力，为提高计算效率并节省不必要的工作，机箱中其他与光驱联系不紧密的部件都不引入到分析之中，机箱前面板也只将跟光驱接近部分引入分析即可。将机箱前面板模型离光驱较远部分切除，并在切除边界做相应处理，简化分析模型并划分网格如下：

图3 简化的分析模型及网格

3.2 分析模型的建立

本次分析旨在计算光驱推力，故可采用静力学分析的方法来实现。对于翻门弹簧，需要在ABAQUS里进行弹簧的设置，并输入所测弹簧扭矩与旋转角参数，以模拟真实弹簧作用。在整个推开过程相互接触的部分需要建立相应的Contact，对于本次分析。最大难点就在于由于光驱推开过程是几次不连续的、跳跃的接触过程，计算非常容易不收敛，因此需要采取适当的分析手法，以使计算结果收敛。本次分析暂不考虑摩擦力的影响。对于Boundary Condition，设置为将前面板切开部分固定，光驱作为Rigid body存在，如下：

图4 分析模型建立

4 有限元分析结果

分析模型建立完成后，即可提交任务到ABAQUS求解器中进行求解计算。分析结果动画可看出，整个光驱推出过程以光驱与翻门的接触部位关系可分为三个阶段，第一阶段为光驱前行接触Rib，并推着Rib继续前行；第二阶段为翻门转到一定角度后，光驱前行与Rib分离，开始接触Boss，并在Boss上滑行前推使翻门继续向下翻转的过程；第三阶段为光驱离开Boss再次接触Rib，并前推Rib，使翻门继续翻转，从而实现光驱完全弹出的过程。

图5 翻门结构

 
图6 光驱弹出过程的三个阶段

整个推出过程由于弹簧扭力变化及光驱与翻门接触部位的变化，光驱所受反力也会相应变化。可在后处理结果中得到光驱所受反力曲线图，如下：

图7 光驱弹出过程所受反力曲线图

由反力曲线可以看出，最大推力出现在第三阶段的开始，即当光驱离开Boss并再度接触Rib的时候，最大推力为2N。

5 结论

通过建立光驱推力分析模型，可以计算出所光驱翻门设计下需要多大力才能实现光驱顺利弹开，这对于光驱翻门结构设计，弹簧选择等有很大的指导意义。