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硬盘磁头悬架窝点的微动磨损动力学及三体磨损状态的研究

郭智广  
【摘要】:硬盘在工作/非工作状态下,由于自身的工作原理以及受到的外部冲击或振动,悬架的窝点与挠臂的舌尖会产生弹塑性变形或微小位移滑动,长期存在这种交替变形或相对滑移,会使得窝点与舌尖发生微动疲劳和微动磨损,磨损所产生的磨屑会污染盘面,造成读写出错和碟片的物理损伤甚至整个硬盘失效。针对窝点与舌尖的微动磨损这一问题,本文建立了硬盘驱动器的实体模型,利用有限元法,研究了硬盘在受到外部冲击或振动时,舌尖与窝点的磨损情况;并建立了窝点与舌尖的三体磨损的模型,研究了磨屑产生后外载荷对窝点与舌尖的影响,为研究窝点与舌尖的微动疲劳和微动磨损机理及控制方法提供依据,对进行窝点与舌尖的优化设计具有 一定的指导意义。 利用Solidworks建立了磁头组件的三维实体模型,然后导入到前处理软件HyperMesh中,对模型进行了修复、优化以及抽取中面、网格划分、创建边界条件等前处理。 研究了硬盘在工作/非工作状态下,单个半正弦加速度脉冲的脉冲幅值和脉冲宽度对舌尖和窝点磨损的影响规律:脉冲幅值越大,舌尖与窝点分离时的相对位移越大,舌尖与窝点的微滑和磨损越严重;脉冲宽度越大,窝点与舌尖的相对位移也越大,但位移的变化幅度并不大。仿真了硬盘在工作/非工作状态下,正弦加速度激励的振幅与频率对舌尖和窝点磨损的影响:正弦加速度激励的振幅越大,舌尖与窝点的相对位移越大,磨损越严重;正弦加速度激励的频率与硬盘驱动器的固有频率越接近,舌尖与窝点的相对位移以及磨损也越大。并通过对比硬盘在工作/非工作状态下受到外部冲击与振动时舌尖与窝点的相对位移,得出了气浮力对硬盘抗振性的影响。并分析了窝点与舌尖的弹性模量和泊松比对窝点与舌尖的影响。 建立了弹性接触和塑性接触下的窝点与舌尖微动磨损的第三体模型,通过理论推导得出了在外载荷作用下,窝点与舌尖之间的距离以及弹性接触下第三体与窝点和舌尖的总接触面积以及塑性接触下窝点与舌尖的总塑变体积与外载荷之间的关系:窝点与舌尖之间的距离随外载荷的增加而减小;弹性接触下窝点与舌尖与第三体的总接触面积几乎与外载荷成正比;塑性接触下窝点与舌尖的总塑变体积几乎与外载荷和成正比。


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