【摘要】：硬盤是當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲的主要途徑,并且它的尺寸持續(xù)減小、容量逐步增大、成本逐漸降低。隨著磁記錄密度的不斷增加,硬盤中磁頭與磁盤間的距離也已經(jīng)減小到只有幾個納米。在這樣小的間隙中,氣膜中的氣體不能看作嚴(yán)格的連續(xù)流體,傳統(tǒng)的潤滑理論不再適用,必須要考慮氣體稀薄效應(yīng)的影響。 為了準(zhǔn)確模擬超薄氣膜的壓力分布,需要考慮氣體稀薄效應(yīng)及表面粗糙度等對Reynolds方程進(jìn)行修正。本文基于當(dāng)前廣泛應(yīng)用的Reynolds方程的FK模型,推出四種模擬超薄氣膜潤滑的簡化新模型：連續(xù)FK(Continuous FK, CFK)模型、二階FK(Second order FK, SOFK)模型、簡化FK(Simplified FK, SFK)模型和高精度二階(Precise second order, PSO)模型。采用最小二乘有限差分(Least square finite difference, LSFD)法分別對四種新模型進(jìn)行了求解,并將計(jì)算結(jié)果與FK模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對比。數(shù)值結(jié)果表明,CFK模型是在不影響模擬精度的基礎(chǔ)上修正了FK模型分段處具有較大誤差的缺陷；SOFK模型和PFK模型與FK模型相比,均在不影響模擬精度的基礎(chǔ)上,提高計(jì)算效率；PSO與FK模型相比,計(jì)算時間短、計(jì)算精度高。此外,基于所建立的四種新模型,模擬分析了幾種典型二維浮動塊的壓力分布等氣膜靜態(tài)特性。 基于考慮氣體稀薄效應(yīng)修正Reynolds方程的簡化PSO模型,采用LSFD法,求解了引入壓力流因子和剪切流因子的量綱一Reynolds方程,并且研究了表面粗糙度對硬盤超低飛高(1-2納米)氣膜靜態(tài)特性的影響。數(shù)值結(jié)果表明：粗糙度對超低飛高氣膜壓力分布和承載力的影響較大,而對壓力中心的影響較��；飛行高度越低和／或粗糙度值越大,對壓力分布及承載力的影響越明顯；在粗糙度值相同的條件下,僅磁頭粗糙且取橫向粗糙度時,系統(tǒng)壓力分布最高,氣膜承載力最大；各種情況下,表面粗糙度對壓力中心的變化影響不大,說明磁頭飛行比較平穩(wěn),系統(tǒng)穩(wěn)定性較好；另外,基于PSO模型研究粗糙度對硬盤氣膜靜態(tài)特性的影響,不僅數(shù)值結(jié)果精度高,并且具有很高的計(jì)算效率。 表面容納系數(shù)(Accommodation coefficient, AC)是影響磁頭／磁盤靜態(tài)特性的重要因素。本文從Poiseuille流比和Couette流比的多項(xiàng)式對數(shù)方程出發(fā),推出了 一種模擬硬盤超薄氣膜的簡化分子氣膜潤滑(Molecular gas film lubrication, MGL)方程。通過LSFD法對簡化的MGL方程進(jìn)行求解,研究了表面容納系數(shù)對硬盤超低飛高(1nm)氣膜靜態(tài)特性的影響。數(shù)值結(jié)果表明：對稱性分子交互作用時,表面容納系數(shù)對氣膜靜態(tài)特性的影響明顯；非對稱性分子交互作用時,磁盤表面容納系數(shù)對浮動塊氣膜靜態(tài)特性的影響較大,而浮動塊表面容納系數(shù)的影響較小。此外,研究了自由分子區(qū)域內(nèi)表面容納系數(shù)對氣膜靜態(tài)特性的影響,結(jié)果表明,通過調(diào)節(jié)浮動塊表面的容納系數(shù),可以在不影響氣膜壓力分布分布的同時,改變氣膜的剪力分布。
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如果不知道硬盤內(nèi)部的工作原理就很難真正去理解那些影響硬盤性能、可靠性和磁頭/磁盤界面的因素。雖然硬盤的技術(shù)不斷發(fā)展，但它的許多基礎(chǔ)部件并沒有發(fā)生多大變化�，F(xiàn)在，我們來簡單認(rèn)識一下硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖1.1所示為溫切斯特(wenchestr)硬盤的主要內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖中已給出主要部件的標(biāo)注。圖1.1溫切斯特(wenchestr)硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，硬盤主要組成部件有:固定面板、磁盤盤片、主軸、主軸電機(jī)、音圈電機(jī)、傳動手臂、懸臂裝置、浮動塊、讀寫磁頭等。硬盤其它部件的功能以及與PC機(jī)的聯(lián)系由一塊控制電路板控制。磁頭/磁盤組件是構(gòu)成硬盤的核心，由磁頭組件、磁頭驅(qū)動組件、磁盤盤片、主軸驅(qū)動組件及前置讀寫控制電路等幾部分組成。磁頭組件是硬盤中最為精密的部件之一，它由讀寫磁頭、傳動手臂、傳動軸三部分組成。讀寫磁頭利用與磁盤上下表面的非接觸式運(yùn)動對磁盤上的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和存儲。讀寫磁頭不僅是懸浮在磁盤表面，而且與磁盤保持的間距也要精確。同時，讀寫磁頭能從一個磁道移動到另一個磁道從而能保證對整張磁盤的讀寫，而磁頭安裝在傳動手臂上就是來保證這個運(yùn)動過程的簡便。

大多數(shù)用金屬薄膜材料制成。前置控制電路控制磁頭的感應(yīng)信號、主軸電機(jī)的調(diào)速、磁頭的驅(qū)動以及伺服定位等。圖1.2所示為硬盤工作原理的示意圖。多張磁盤盤片通過中心的軸孔疊放在主軸上，依靠連接在主軸上的主軸電機(jī)驅(qū)動而高速旋轉(zhuǎn)。安裝在磁頭浮動塊上的特殊電磁讀寫裝置(讀寫磁頭)往磁盤盤片上記錄和讀取信息。記錄數(shù)據(jù)時，電磁體的線圈通入一定的電流，在其附近產(chǎn)生磁場，根據(jù)作用在電磁體上電流的方向磁化記錄在磁介質(zhì)上的磁信息。讀取數(shù)據(jù)時，，運(yùn)動磁信息的流量被電磁體線圈接收并產(chǎn)生電流脈沖，再由特定的裝置翻譯成數(shù)字信號[3]。磁頭部件被安放在懸臂裝置和傳動手臂上，所有這些部件組成一個整體并依靠音圈電機(jī)驅(qū)動。磁盤片/臂//\bl\/\/人動///丈\

本文編號：2704960