求解磁头/磁盘超薄气膜润滑性能的有效有限差分算法

首先给出超薄气膜润滑的基本方程。通过对方程的分析指出,在纳米尺度下工作的磁头/磁盘具有轴承数很大和剪切流项含有压力的两个特点。提出对剪切流项进行主元迭代求解可压缩气体雷诺方程的新计算方法。在推导出该方法所用的差分公式和误差分析公式基础上,利用这些公式对双轨和多轨两种磁头在5 nm和10 nm下工作压力分布进行计算。计算过程表明该方法对超薄条件下的气膜润滑计算是有效的,该方法能够有效解决大轴承数条件下容易出现失稳的现象,避免计算中数值振荡的发生,成功地将普通有限差分算法用于求解大轴承数的气体润滑数值计算中。计算结果的误差分析表明:该算法对大轴承数气体润滑问题的收敛十分有效,并具有编程简单、计算速度快等优点。

磁头/磁盘超薄气膜润滑动特性计算与分析

给出了一种新的计算超薄磁头/磁盘气体润滑压力的差分算法和公式,指出了磁头偏离平衡位置的3种方式,并对超薄磁头/磁盘气体润滑问题中的动特性参数进行了计算。计算结果表明:磁头气体动压正翻刚度是影响磁头稳定的重要因素,它会使磁头越来越偏离平衡位置。

磁头/磁盘滑动接触下磁盘温度及热退磁临界条件的研究

采用二维轴对称有限元模型计算磁头/磁盘滑动接触下,铝质磁盘的稳态温度和热应力场以及热退磁临界条件.结果表明:磁盘温度在极短时间内升至摩擦稳态值,然后缓慢线性升高到最终稳态值;经过充分热传导和热交换后磁盘的温度梯度较小,此时磁层内的热应力集中分布于磁盘固定端边缘附近;磁盘的稳态温度和热应力均随速度增大而增大,且载荷越大其值增大越快;热应力小于1.2 GPa时所对应的速度和载荷为安全工况;温升大于373 K时所对应的工况将导致磁盘退磁.

单自由度冲击扰动下模拟磁头/磁盘系统接触回复特性的实验研究

采用自制的试验装置研究了单自由度冲击扰动下磁头 /磁盘系统的接触回复特性 ,分析了不同载荷下球形模拟磁头跳跃振动回复系数和接触时间与输入速度之间的关系 .结果表明 :当载荷较小时 ,回复系数随着输入速度的减小而增加 ,而当载荷较大时 ,回复系数随着输入速度的减小而减小 .在不同载荷条件下 ,接触时间均随输入速度的减小而缩短 ,但小载荷下接触时间缩短的幅度较大 .球形模拟磁头的回复特性和接触时间与载荷、输入速度及润滑膜特性有关 。

磁头/磁盘系统静态特性实验研究

通过实验来研究磁盘转速对磁头飞行姿态和磁头读写性能的关系。研究表明:磁头滑块飞行高度和俯仰角伴随着磁盘转速的增大而增大;磁盘转速增大,磁头飞行高度增加,降低了磁头读出信号的能力,与此同时,信噪比也大幅下降。实验研究结果为磁头/磁盘结构设计提供了依据。

范德华力对计算机磁头/磁盘超薄气膜承载性能的影响

在纳米间隙条件下,以楔型滑块和双轨式磁头为例,推导出楔型及双轨式磁头范德华力的计算公式,考察了范德华力对计算机磁头/磁盘超薄气膜承载性能的影响.结果表明,范德华力对计算机磁头/磁盘的承载性能影响很大,范德华力可以降低磁头的承载能力,尤其在最小空气间隙小于6 nm时;在相同尺寸的磁头中,双轨式磁头的范德华力小于楔型滑块的范德华力,而前者的承载力大于后者,双轨式磁头的范德华力对其承载性能影响较小.范德华力可以使飞行高度降低,为磁头设计和磁头/磁盘装配的重要依据.

磁头/磁盘间润滑剂转移机理及影响因素

硬盘存储密度的增加促使磁头的飞行高度不断降低.降低磁头飞行高度所导致的润滑剂在磁头与磁盘之间的转移已成为影响磁头飞行稳定性的一个重要因素.本文采用改进后的粗粒珠簧模型,应用分子动力学模拟方法,对磁头/磁盘之间润滑剂转移的机理进行研究.分析了磁盘表面润滑膜厚度、润滑剂种类以及磁头表面局部温度差对磁头/磁盘之间润滑剂转移量的影响.研究结果表明:转移到磁头上的润滑剂的体积随磁盘表面润滑膜厚度的增加而急剧增加;增加单个分子中羟基的数量,可以显著减少转移到磁头上的润滑剂的体积;磁头表面的局部高温可增加转移到磁头上的润滑剂的体积,且增加单个分子中羟基的数量可显著改善局部温度差对磁头/磁盘之间润滑剂转移的影响.

磁盘表面形貌对润滑剂分布及磁头/磁盘之间润滑剂转移的影响

磁盘表层润滑剂在磁头与磁盘之间转移会影响磁头飞行的稳定性.本文采用改进后的粗粒珠簧模型,运用分子动力学方法,研究了磁盘上类金刚石薄膜(diamond like carbon,DLC)层粗糙度和磁盘表面凸起对润滑剂在磁盘表面分布及磁头/磁盘之间润滑剂转移的影响.研究结果表明,DLC层粗糙度对润滑膜平均厚度及磁盘表层粗糙度的影响很小;磁盘表面凸起对磁盘表层润滑剂分布的影响明显.类金刚石薄膜层的粗糙度和磁盘表层凸起均可增加转移到磁头上的润滑剂的体积.但磁盘表层粗糙度对磁头/磁盘之间润滑剂转移量的影响明显低于由磁盘表层凸起导致的磁头/磁盘之间润滑剂的转移量.

影响磁头超薄气膜飞行稳态特性因素的数值分析

利用有限差分原理对修正后的气体雷诺方程进行离散,并以剪切流为迭代主项求解获得了超薄气膜润滑轴承的压力分布.在此基础上,通过改变磁头初始工作条件,如气膜特征高度、初始俯仰角、磁盘旋转速度,分别计算得到了气膜轴承在稳态下的飞行特性参数,包括气浮力、气浮力转矩、最大气浮力、最小气浮力等.文中还详细分析了这些初始工作条件对稳态下磁头飞行特性参数的影响.计算结果表明:随着气膜特征高度的降低和初始俯仰角的减小,气体轴承刚度增大;气膜特征高度不变时转速变化对特性参数的影响与俯仰角不变时转速对特性参数的影响具有相同的变化趋势.

表面纹理磁盘滑动接触的温度和应力及退磁临界条件的研究

采用应力场和温度场耦合的有限元方法,计算磁头/磁盘滑动接触下铝基磁盘磁层内瞬态温度场和应力场及退磁临界条件,分析接触压力、滑动速度、摩擦系数以及磁盘表面纹理对磁层内最大摩擦温升值和最大应力值的影响.结果表明:波形纹理表面瞬间滑动接触所产生的温度分布呈波形特征,表面纹理越尖锐,磁层内的温度和应力越大;滑动速度对磁层内温度的影响大于对应力的影响;当磁层最大应力小于1.2 GPa时,所对应的速度和压力为安全工况;当温升大于180 K时所对应的工况将导致磁盘退磁.

磁头表面结构对硬盘驱动器气膜润滑特性的影响

通过编制适用于纳米级气膜润滑的数值算法,对正压和负压两种类型的磁头结构进行了数值分析,探讨了磁头结构中各个部分对磁头/磁盘系统的影响,以期为磁头表面结构的优化设计提供理论依据.研究表明:对于正压型磁头结构,气膜承载力和最大压力的位置对系统特性有着重要的影响,可通过改变滑轨结构分布来减小这两项性能参数;对于负压型磁头结构,可以通过改变对负压产生明显影响的结构部分来增大负压力的区域,以此消弱正压力的作用;此外,在设计磁头结构时不能忽略气膜刚度的影响,大的气膜刚度对磁头飞行的稳定性起着重要的作用.

磁头结构表面刻蚀深度对磁头飞行姿态影响的实验研究

随着磁盘容量的不断增大,测试技术也不断得到发展.本论文中,工作在纳米级条件下的磁头飞行姿态由动态飞高测试仪获得.通过实验测试方法分析了3层2台阶负压型磁头表面结构的刻蚀深度对磁头飞行姿态的影响.实验测试结果表明刻蚀深度的变化对磁头飞行姿态有明显的影响:随着次景层深度的增加,最小飞行高度和俯仰角都有明显增大趋势;最小飞行高度随着基层深度的增加基本呈增大趋势,而俯仰角呈下降趋势;侧翻角对次景层和基层深度变化不敏感.实际的磁头结构设计中可实验测试结果和优化组合方法选择最佳结构表面刻蚀深度来降低磁头的飞行高度,从而达到增大磁盘存储容量的目的.

充气硬盘磁头滑块飞行特性影响因素研究

为了减小磁盘高速旋转所承受的气体阻力、降低硬盘内部结构所承受的气流冲击和振动、以及提高硬盘存储密度和工作稳定性,人们正考虑向硬盘内部填充低密度气体。充气硬盘还具有存储容量大、节能、散热性能好等优点。硬盘工作过程中,磁头滑块飞行特性(承载力W、压力中心Xc和Yc)对硬盘工作稳定性有着重要影响。本文研究了充气气体物理特性、表面粗糙度、磁盘转速、飞行高度和俯仰角对硬盘磁头滑块飞行特性的影响,研究结果发现:磁盘转速的增加、飞行高度的降低、俯仰角的减小和氦气在氦气–空气混合气体中的比重(不同气体物理特性)下降,都会导致磁头滑块承载力的增加;磁盘转速的增加、飞行高度的增加、俯仰角的减小,都会导致压力中心Xc的减小;对于不同的磁盘转速、飞行高度、俯仰角、氦气在氦气–空气混合气体中的比重,压力中心Yc都几乎保持不变;粗糙度高度(σ)对承载力、压力中心Xc和Yc的影响,在不同粗糙度方向(γ)时,呈现出不同的影响规律。

高密磁记录系统的动力学分析

讨论多聚酯流体润滑的IBM3370磁头／磁盘系统，以期提高磁记录密度。润滑模型中考虑超薄流体润滑的剪薄效应，并用有限差分法对润滑方程进行求解，应用摄动理论建立IBM3370磁头／磁盘系统的动力学模型，分别对气体润滑和液体润滑的2自由度磁头的动力响应进行仿真。仿真结果表明，液膜润滑的磁头飞浮高度在20nm时，磁头仍能保持较好的稳定性。

Dynamic Response of IBM3370 Slider in High Density Recording Systems

A liquid lubricated head disk system is introduced. Subjected to high shear rate the rheology of the ultra thin film is different from that of the bulk continuum theory. The shear thinning effect is considered in setting up the mathematical model of the ultra thin film rheology. The Reynolds equation and the perturbation theory are employed to set up the static pressure distribution model and to deduce the dynamic pressure equation. The static and dynamic equations are solved by finite difference method. Based on the dynamic analysis the dynamic response of the slider is simulated and some valuable results are obtained about the static and dynamic characteristics of the liquid lubricated head disk systems.