超精密空气静压主轴静态性能的数值分析

为了对超精密空气静压主轴静态性能进行数值分析,利用有限元法求解空气静压轴承内的压力分布,计算径向和止推轴承的承载、刚度和供气流量。研究轴承参数对轴承静态性能的影响,提出空气静压轴承的设计准则。推导出精密主轴承载、径向刚度、轴向刚度和角刚度的计算公式。实验证明数值分析是正确的。     

液体静压轴承动态特性的探讨

针对按静刚度理论设计的液体静压轴承,在实际应用中存在的高速性能差、动态特性差、加工精度低的缺点进行了剖析和探讨;根据液体静压支承的原理和液体连续流动的理论,提出了液体静压轴承在主轴高速运转时动态特性是影响活塞销孔加工精度的主要因素的观点;并依此为设计依据,实际应用于高速精密静压活塞销孔镗床轴系中,提高了活塞销孔的加工精度,取得了较好的应用效果。以动态特性作为高速精密静压轴系优化设计目标理论的应用,简化了高速液体静压轴承的设计及制造,使高速精密静压轴系在生产中易于推广应用。     

采用模拟退火算法对皮米磁头进行形状优化

采用优化设计方法优化一种皮米磁头的形状,能够降低磁头飞高,提高硬盘的存储密度及磁头的飞行稳定性。优化设计以磁头俯仰角和形状尺寸为约束,以磁头在磁盘半径方向内侧、中间、外侧稳定飞行时的飞行高度和侧倾角与优化目标值间的波动最小为优化目标建立优化模型,采用模拟退火算法对优化模型求解。优化结果表明,优化后磁头的飞浮高度可从7 nm降低到5 nm,而且磁头寻轨时磁头的稳态飞行波动得到明显改善,能够满足工程上对飞高的波动性要求。最后,比较了提高磁盘转速后初始磁头和优化磁头的稳态飞行特性,结果表明磁盘转速对优化结果有影响,改变磁盘转速建立新的优化模型可以得到适合新条件的优化磁头。     

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.     

小型精密空气静压轴承的研制

基于精密空气静压轴承是超精密加工设备、精密测试仪器等尖端产品中回转运动的核心部件,研制了径向气浮轴系和带止推板小型气浮轴系的空气静压轴承,分析了轴承的承载能力和装配工艺,解决了在保证高精度的前提下保持良好制造工艺性的难题.实际使用表明,它性能稳定、精度高、适应性好,有一定的推广价值.     

磁头磁盘界面碰撞声发射信号特性研究

实验研究了不同磁头飞行状态下磁头磁盘界面声发射信号的特性,分析了各种情况下的声发射信号的频率特性,利用磁头悬臂振动时产生的声发射信号作为对比,验证了磁头悬臂振动产生的声发射信号与磁头磁盘碰撞接触紧密相关,是磁头磁盘碰撞声发射信号的重要来源,可以作为判断头盘界面接触和碰撞的依据,利用它可以提高声发射信号对磁头磁盘界面碰撞接触检测的灵敏度.     

安装误差对纳米间隙磁头飞行姿态的影响研究

考虑安装误差引起的磁头俯仰角误差和侧翻角误差,建立了磁头飞行数学模型,通过数值方法分析了安装误差对纳米间隙磁头飞行姿态主要参数的影响,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,俯仰角误差对飞行高度和俯仰角有明显影响,随着俯仰角安装误差的增加,磁头飞高和俯仰角偏差增加,对侧翻角的影响可以忽略。侧翻角误差只对侧翻角有明显影响,随着侧翻角安装误差的增加,磁头飞行侧翻角偏差增加,对磁头飞行高度和俯仰角的影响可以忽略,理论分析和实验结果吻合较好。磁头设计和装配时,应控制磁头的俯仰角安装误差。     

精密离心机静压气体轴承主轴系统的稳定性分析

惯性导航用精密离心机静压气体轴承主轴系统的运动稳定性是保障其标定加速度计精度的重要前提，直接关系到整个机组的安全性与可靠性。将静压气体轴承等效为弹性支承，使轴承的刚度以显函数出现，对主轴的稳定性进行了分析，确定了轴系运动的稳定性条件。通过数值仿真，得到了稳定性区域。分析了转速、支承刚度和转动惯量对轴系运动稳定性的影响，为提高精密离心机的性能提供了一定的依据。     

弹性均压槽空气静压轴承静特性的影响因素分析

为了研究影响弹性均压槽空气静压轴承静态特性的因素,基于气固耦合原理,建立弹性均压槽空气静压轴承的耦合控制方程,采用有限差分对控制方程进行离散求解,分别研究供气压力、均压槽宽度和节流孔直径对弹性均压槽空气静压轴承静态特性的影响。结果表明:供气压力、均压槽宽度和节流孔直径对弹性均压槽空气静压轴承承载力和刚度的影响较大,供气压力越大,轴承的承载力和刚度也越大,但刚度最大时的工作气膜间隙越小;均压槽宽度越大,轴承刚度最大时的工作气膜间隙越大;节流孔直径越小,轴承刚度越大。实验结果和理论计算结果基本一致,验证了数学模型和理论方法的正确性。     

磁头磁盘系统动特性参数及系统稳定性分析

对硬盘系统的动特性进行了数值仿真，其中磁头结构为IBM3370，润滑模型中引入了二阶泊松流因子，保证建模精度。利用摄动法建立了气体润滑的静态方程，并给出了数值解。讨论了最小膜厚度、磁盘转速和磁头倾角对空气膜刚度系数、阻尼系数以及对系统稳定性的影响。结果表明，通过最小膜厚度、磁盘转速和磁头倾角的优化可以改善硬盘的设计。其中磁头倾角的优化可以同时满足硬盘高刚度和高稳定性的要求。     

Flying heads with sub-micron spacing for magnetic recording discs

This paper describes the analysis, design and development of flying heads for magnetic recording discs. In analysis the characterisctics of flying heads operating at sub-micron spacing, molecular mean free path (mmfp) effects must be taken into account. By applying the numerical calculation procedures to a modified Reynolds equation which considers slip-flow effects, the characteristics of air bearing load carrying capacity, stiffness and damping are clarified. In practical use of contact-start-stop type flying heads, the take-off characteristics have to be considered. The relations between the take-off speed and disc runout are discussed. These developments have enabled the production of flying heads with 0.2 μm and 0.36 μm spacings.     

汽车静态最大侧倾稳定角及其影响因素敏感度分析

为更加准确地求解汽车静态最大侧倾稳定角，建立了综合考虑悬架组合角刚度和轮胎垂直刚度的汽车静态侧翻模型。应用该模型，对某型号客车的静态最大侧倾稳定角进行了计算，将求解结果和其他侧翻模型以及试验数据对比，结果表明该模型计算结果和试验数据很接近。利用该模型，还进行了侧倾稳定角主要影响因素的敏感度分析。     

汽车静态最大侧倾稳定角及其影响因素敏感度分析

为更加准确地求解汽车静态最大侧倾稳定角,建立了综合考虑悬架组合角刚度和轮胎垂直刚度的汽车静态侧翻模型。应用该模型,对某型号客车的静态最大侧倾稳定角进行了计算,将求解结果和其他侧翻模型以及试验数据对比,结果表明该模型计算结果和试验数据很接近。利用该模型,还进行了侧倾稳定角主要影响因素的敏感度分析。     

周向长弧形弹簧双质量飞轮静刚度理论模型研究

以弧形弹簧自身变螺旋角的特征为基础建立了周向长弧形弹簧双质量飞轮静刚度理论模型。基于弧形弹簧曲线方程,根据弧形弹簧螺旋角成周期变化的特点,结合相关力学理论推导出弧形弹簧传递扭矩与总变形之间的关系(弹簧静刚度)。应用周向长弧形弹簧双质量飞轮静刚度实验台进行了试验研究,试验结果与理论结果的对比验证了该静刚度理论模型的可行性与准确性;对比多种其他静刚度理论模型,该方法提高了静刚度计算精度。     

An Air Bearing Slider for Small Diameter Disk Storage Devices

The authors propose a novel slider design. The tri-pad slider has three separate air bearing surfaces, one in the front of the slider and the other two in the back of the slider. This design permits the optimization of the air bearing stiffness and flying attitude without changing the minimum flying height. It can minimize the effect of skew angle on the flying height, and offers ample room for a larger size thin film head element. Samples were fabricated and flying characteristics at several velocities, as well as the dynamic flying stability, were investigated.     

紧凑型高速电主轴拉刀机构静动态特性分析与优化

介绍了紧凑型高速电主轴的结构设计,建立了主轴-拉刀机构双转子系统模型,研究了电主轴拉刀机构的静动态特性,得到了工作状态下电主轴的静态位移、振型、固有频率以及关键点的响应位移。对主轴-拉刀材料、轴承预紧力、轴承组跨距、主轴-拉刀接触刚度以及主轴-刀柄接触刚度等参数进行优化设计。结果表明优化后电主轴的静动刚度均满足要求、固有频率提高、电主轴安全工作频率区间增大。电主轴模态测试结果证明了以上结果的可靠性。该研究为紧凑型高速电主轴的设计提供了理论基础。     

基于Halbach阵列的永磁轴承承载力解析模型及设计方法

基于Halbach阵列的永磁轴承能有效地增强永磁轴承的承载能力,具有广阔的应用前景。但目前关于Halbach阵列的永磁轴承的理论模型研究并不完善,缺少任意角度连续磁化的Halbach阵列永磁轴承的解析模型和设计方法,限制了其应用。研究针对Halbach阵列的永磁轴承,利用标量磁位的模型建立了永磁体阵列的磁场分布模型,在此基础上基于虚位移法建立了永磁轴承的承载力模型和支承刚度模型,并对永磁轴承的最大承载力和支承刚度特性展开了研究,给出了永磁轴承设计过程中的参考因素。最后利用有限元分析软件对所建立的理论模型和提出的结论进行了验证,取得了较好的效果。     

电磁辅助支承恒压源与恒流源被动式减振之比较

对电磁辅助支承的两种被动减振类型(恒压型和恒流型)进行研究,建立了各自的数学模型,揭示了它们不同的减振机理:在恒压源被动减振控制情况下,电磁辅助支承中的电磁执行器不仅提供与转速无关的负的静态位移刚度,而且提供随转速变化的附加(正)刚度和(正)阻尼;而在恒流源被动减振控制下,线圈中的电流保持恒定, 电磁执行器仅提供不随转速变化的负的静态位移刚度。最后在一对称转子系统上进行了试验验证,并取得了较好的减振效果。     

主轴的静刚度计算与检测

对主轴单元的径向刚度进行了理论分析,基于赫兹理论计算了支撑主轴的角接触球轴承和精密双列圆柱滚子轴承的刚度,建立主轴轴承-转子系统的有限元模型,进行了有限元分析。同时,对主轴的静刚度进行检测,对检测数据进行处理与分析,得到主轴的静刚度值。试验结果表明：主轴的理论刚度计算与有限元分析方法具有可行性,与检测的结果基本一致,为研究主轴的静刚度提供了理论支撑。     

电磁推力轴承刚度非线性的研究

分别用电磁力理论公式和整体模型的有限元方法计算分析了电磁推力轴承的位置刚度和电流刚度随推力盘偏移量x的变化规律及影响因素。结果表明,电磁推力轴承的位置刚度和电流刚度存在着强烈的位移非线性现象,转轴漏磁和材料磁饱和影响了非线性关系的变化趋势。用有限元分析可以得出与实际情况更为符合的刚度曲线,从而为设计电磁轴承的控制系统提供更可靠的依据。