硬盤驅(qū)動(dòng)器作為主要存儲(chǔ)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(chǔ)與交換的。隨著對(duì)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(duì)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)下硬盤驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力學(xué)性能,對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)加載/卸載機(jī)制下這些因素對(duì)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(duì)磁頭/磁盤界面納米級(jí)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(duì)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(duì)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角等因素,對(duì)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(duì)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)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(duì)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(duì)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(tái)。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(duì)加載/卸載過程中懸臂組件的摩擦學(xué)特性的影響,借助于納米級(jí)激光位移傳感器和高速攝像機(jī),研究了硬盤驅(qū)動(dòng)器在加載/卸載過程中浮動(dòng)塊和懸臂的動(dòng)態(tài)特性,對(duì)數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。測得了磁頭懸臂組件的剛度和結(jié)構(gòu)阻尼,完善了動(dòng)力學(xué)模型。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：TH113;TP333.35
【部分圖文】：

圖 1-1 典型的硬盤驅(qū)動(dòng)器(除去上蓋及電路板)Fig.1-1 A typical hard disk drive (cover and PCB removed)驅(qū)動(dòng)器中的磁盤片基體是表面超級(jí)光滑(均方根粗糙度為 鋁盤片，在其兩側(cè)表面均有多個(gè)鍍層，如圖 1-2 所示。硬約為 30 nm 磁性層內(nèi)，在磁性層上噴涂有厚度約 1-3 nm 的保護(hù)相對(duì)較軟的磁性層免受磨損和腐蝕，在碳層上為厚來提高其抗磨性。

浮動(dòng)塊懸臂提升臂殼斜坡驅(qū)動(dòng)主軸 1-1 典型的硬盤驅(qū)動(dòng)器(除去上蓋及電 A typical hard disk drive (cover and PC盤片基體是表面超級(jí)光滑(均方根兩側(cè)表面均有多個(gè)鍍層，如圖 1性層內(nèi)，在磁性層上噴涂有厚度軟的磁性層免受磨損和腐蝕，在性。

圖 1-3 磁頭萬向節(jié)總成(HGA)Fig. 1-3 The head gimbal assembly (HGA)界上第一臺(tái)磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng) IBM 350 RAng and Control)誕生在美國 IBM 公司的間的距離為 25μm，共使用了 50 個(gè)直徑盤，被疊合固定在一起，通過一個(gè)電以直接移動(dòng)到盤片上的任何軌道存儲(chǔ)磁存儲(chǔ)系統(tǒng)的總?cè)萘恐挥?5MB，數(shù)據(jù)傳，而是借助于過濾器來防止吸入灰塵硬盤也運(yùn)用氣壓來使讀/寫頭懸浮于磁壓氣體讓讀/寫頭懸浮的方式，防止磁

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李鴻;楊書儀;李亮;;不同初始條件下的硬盤頭盤系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性[J];振動(dòng).測試與診斷;2013年S1期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 房華;加載卸載磁頭抗沖擊特性分析及實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2833930