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。     

计算机磁头/磁盘超薄气膜润滑稳定性

以任意拉森数的超薄气体润滑方程为基础,给出磁头刚体小扰动对空气轴承滑块 (ABS)气膜压强摄动方程。采用算子分裂法求解气膜压强和非结构三角网格的有限元法解压强摄动方程,得到气膜的刚度系数和阻尼系数矩阵。模态分析得到磁头气固耦合系统的固有频率,衰减率和振型。以Ω型磁头为例,分析了在不同气膜厚度和磁盘转速下的磁头稳定性。研究结果表明,磁头稳定性对气膜厚度很敏感,在小气膜厚度运行时,系统固有频率高,稳定性好;磁头升沉和纵倾运动的动力耦合,使磁头系统固有频率和衰减率降低,对稳定性不利;高转速的磁盘对磁头稳定性不利,但影响不大。     

磁头承载面结构层深度对气膜润滑性能的影响

采用理论分析和数值模拟相结合的方法分析了磁头承载面结构层深度变化对气膜性能的影响.结果表明:磁头的基层和次景层深度变化对气膜的正负压承载区域的压力分布产生明显的影响.其中次景层深度的变化主要对正压产生影响,随着次景层深度的不断增加,产生正压的滑块区域压力都明显下降,特别是磁头尾端滑块处的气膜压力变化最大;而基层深度的变化对正压和负压分布都产生影响,随着基层深度变化产生正压的滑块区域压力变化较大,表现更为明显.由于磁头结构层深度变化对正、负压力分布和总气浮力的作用,从而影响气膜承载力性能.在实际磁头结构设计中可以通过优化设计确定最佳各结构层深度,达到增加磁存储容量的目的.     

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.     

磁头磁盘系统承载面粗糙度对气膜润滑性能影响的数值分析

考察磁头与磁盘间隙下降到10nm以下时,磁盘表面粗糙度对气膜润滑性能的影响。采用余弦粗糙度代替实际磁盘表面粗糙度分布。通过改变粗糙度的波长、幅值等特征参数来分析对纳米气膜润滑性能的影响。分析结果表明在纳米级间隙下,磁盘表面粗糙度对气膜压力分布产生明显作用,特别是在气膜较小区域这种波动更加明显,但是随着粗糙度波数的增加压力波动趋于平稳。气膜厚度是决定压力大小的重要因素,在一定粗糙度工况下,随着气膜厚度的增大,粗糙度的影响逐渐减小。     

磁头/磁盘系统气体稀薄效应的影响与数值分析

结合理论和数值计算分析了稀薄效应对磁头／磁盘系统纳米间隙润滑的影响。从膜厚的角度来看,低于气体分子平均自由程的比例并不大。而从膜厚和压力2方面来看,处于稀薄效应区域的比例将大大增加。实际的磁头／磁盘系统中,磁头的大部分仍工作在稀薄气体的滑流区域,离稀薄气体的过渡区还较远。考虑稀薄效应后,磁头／磁盘系统的重要工作性能参数,都有减小的趋势。     

超薄气体润滑磁盘／磁头系统动力学分析

应用修正后的雷诺方程描述超薄气体轴承的润滑特性,应用伽辽金近似建立气体轴承有限元法分析模型。使结构动力学模型与气体动力润滑模型有机地集成起来,建立了气体轴承-磁头结构的系统动力学模型。在考虑表面粗糙度对磁头飞浮稳定性影响时,引进方向模式参数以描述磁盘的表面形貌,仿真结果表明,粗糙表面能有效降低磁头瞬态响应时间,通过参数合理设计可阻止磁头的共振响应,粗糙度的方向特征对动力学的响应有一定的影响,但随着膜厚与粗糙峰高比率的增大,方向特征的影响将逐步降低。     

表面结构对纳米级气膜稀薄流域分布的影响

磁头与磁盘的特征高度目前已经下降到纳米量级,在此微小间隙下,气体表现出明显的稀薄效应特征。建立适用于纳米间隙下的控制方程,并根据方程特点采用特殊处理方法成功对控制方程进行数值求解,采用数值分析和实验方法分析表面结构变化对稀薄流域和磁头飞行姿态的影响。研究结果表明：在纳米级气膜润滑间隙下,采用逆 Knud-sen 数来划分稀薄流域比仅从特征膜厚高度方面考虑更合理;负压型磁头的主要工作区间在滑流区和过渡区,且过渡流域所占比例要明显高于滑流区域。稀薄效应最大的区域不是在气膜厚度最薄的磁头尾部,而是在压力突然下降且气膜较薄的阶梯过渡区域;磁头 U 型气垫、尾端两侧浅台阶和中间台阶结构变化会影响气流流向,从而影响压力分布,使得稀薄流域也跟随发生变化。     

表面粗糙度对磁头磁盘系统静特性的影响

在Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程中引入了压力流因子和剪流因子，考虑粗糙度对超薄气体膜润滑的影响。雷诺方程中综合考虑了气体的可压缩性、稀薄效应以及表面粗糙度等因素，讨论了飞浮高度在２５～５０　ｎｍ之间的高密磁盘系统在磁头磁盘都粗糙、磁头粗糙和磁盘粗糙三种情况下的承载能力及系统压强中心的变化。结果表明，粗糙度对高密磁盘系统承载能力的影响很大，粗糙度相同时，磁头粗糙的系统承载能力最好；不同粗糙度模式时，压强中心变化不大。     

硬盘/磁头薄膜气体润滑中热效应影响分析

根据热力学理论,建立了硬盘磁头热力学分析模型,利用数值方法分析了绝热过程中热效应及热蠕流效应对磁头承载能力、飞行姿态等性能的影响,并与实验结果进行了对比分析。数值分析结果表明,绝热过程中热蠕流效应对磁头的压力分布和承载力没有明显影响,但热效应对气体黏度和磁头飞行姿态影响明显。热效应使气体黏度和承载能力增加,从而使磁头飞行高度和俯仰角增大,但对侧翻角没有明显影响。理论分析与实验结果的对比分析表明,磁头的飞行过程不是绝热过程。     

气膜端面密封角向摆动自振稳定性

提出造成气膜端面密封角向摆动自振的内在机理，既有半频摆动自振又有角向气锤自振。在其稳定性分析中给出了不同端面结构、浮环支撑弹簧和二次密封阻尼等的影响。分析按照小扰动线性化的分布参数法，联立气膜微扰雷诺方程和浮环微扰运动方程，对密封系统的角向摆动自振稳定性界限进行了数值迭代。