硬盤加載與卸載及沖擊過程中的動(dòng)力學(xué)和摩擦學(xué)特性研究.pdf

1、硬盤驅(qū)動(dòng)器作為主要存儲媒介，是依靠磁頭與硬盤之間的相互作用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲與交換的。隨著對大容量硬盤需求的不斷提高，以及在使用過程中經(jīng)常受到意外沖擊等因素，對硬盤驅(qū)動(dòng)器中的磁頭/磁盤界面工作的穩(wěn)定性和可靠性提出了更苛刻的要求。應(yīng)用斜坡加載/卸載(ramp load/unload，簡稱L/UL)技術(shù)的硬盤驅(qū)動(dòng)器，有助于提高硬盤驅(qū)動(dòng)器的抗振動(dòng)和抗沖擊能力。因此，研究硬盤驅(qū)動(dòng)器的磁頭/磁盤界面動(dòng)力學(xué)和摩擦學(xué)，準(zhǔn)確預(yù)測加載/卸載、沖擊和振動(dòng)擾動(dòng)下

2、硬盤驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力學(xué)性能，對延長硬盤驅(qū)動(dòng)器的使用壽命，提高硬盤在沖擊環(huán)境下磁頭/磁盤界面可靠性，實(shí)現(xiàn)硬盤驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有重要的意義。
　　本文主要對磁頭的飛行高度及相關(guān)的磁頭與盤片的摩擦學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，基于納米摩擦學(xué)的相關(guān)原理，確定在加載及卸載過程中影響磁頭運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和可靠性的相關(guān)因素，分析此過程中磁頭懸臂與其支承裝置之間的摩擦學(xué)特性，基于磁頭/磁盤系統(tǒng)對內(nèi)部干擾和外部激勵(lì)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能的分析，從接觸面的形成、接觸區(qū)的壓力

3、分布、空氣軸承的形成與失效、接觸面摩擦磨損的形成等角度，對加載/卸載機(jī)制下這些因素對磁頭及浮動(dòng)塊的動(dòng)力學(xué)特性的影響進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　針對磁頭/磁盤界面納米級間隙下的稀薄氣體潤滑問題，借助于稀薄氣體修正的雷諾方程，提出了基于PDE模塊的快速、準(zhǔn)確求解超薄氣體潤滑雷諾方程的數(shù)值方法，對硬盤驅(qū)動(dòng)器中的磁頭/磁盤系統(tǒng)工作界面上產(chǎn)生的空氣軸承氣體壓力分布進(jìn)行分析，得出了正壓型軸承和負(fù)壓型軸承在穩(wěn)態(tài)工作下的動(dòng)壓特性，以及在加載/卸載和

4、沖擊過程中空氣軸承的瞬態(tài)特性，總結(jié)出空氣軸承氣膜壓力分布對硬盤動(dòng)態(tài)特性的影響。
　　考慮到磁盤與浮動(dòng)塊、提升臂與斜坡、浮動(dòng)塊與懸臂凹坑之間的摩擦、接觸和碰撞等因素的影響，建立了懸臂斜坡加載/卸載的動(dòng)力學(xué)模型，并數(shù)值仿真研究硬盤驅(qū)動(dòng)器斜坡加載/卸載的動(dòng)力學(xué)特性，利用赫茲接觸理論建立納米尺度下的磁頭懸臂(提升臂)與斜坡(Ramp)接觸的力學(xué)模型，仿真研究了不同的加載/卸載速度、斜坡傾角、斜坡過渡圓角、提升臂與斜坡之間接觸剛度和提升臂圓

5、角等因素，對磁頭懸臂與斜坡接觸和摩擦特性的影響，為正確選擇斜坡元件材料及優(yōu)化斜坡工作表面形貌提供依據(jù)，進(jìn)而提高磁頭在加載/卸載過程中運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，減少磁頭與盤片發(fā)生撞擊的幾率。
　　研究磁盤驅(qū)動(dòng)器加載/卸載機(jī)制的沖擊特性。建立了磁頭、懸臂和磁盤系統(tǒng)的抗沖擊動(dòng)力學(xué)模型，使用MATLAB和COMSOL聯(lián)合仿真數(shù)值研究磁盤驅(qū)動(dòng)器的抗沖擊特性，確立了沖擊脈沖寬度和沖擊加速度峰值對硬盤磁頭飛高和內(nèi)部各組件之間接觸特性的影響，確定特定轉(zhuǎn)速及預(yù)

6、載荷下磁頭/磁盤界面失效(即磁頭和磁盤之間發(fā)生撞擊)的極限外界沖擊載荷，對系統(tǒng)承受的外界沖擊載荷極限進(jìn)行預(yù)測。硬盤驅(qū)動(dòng)器整體的有限元模型，研究了沖擊脈沖時(shí)間和脈沖幅值對硬盤驅(qū)動(dòng)器在非工作狀態(tài)下內(nèi)部組件之間的接觸特性的影響。
　　研制了用于測量加載/卸載過程中磁頭懸臂摩擦學(xué)特性的兩向力傳感器，設(shè)計(jì)了磁盤驅(qū)動(dòng)器加載/卸載機(jī)制特性試驗(yàn)臺。實(shí)驗(yàn)研究了不同的加載/卸載速度及斜坡傾角等參數(shù)對加載/卸載過程中懸臂組件的摩擦學(xué)特性的影響，借助于納