硬盘磁头悬架窝点与舌尖的微动接触力学分析及仿真研究

发布时间：2020-06-10 09:23

【摘要】： 磁头是硬盘读写数据的重要部件之一,读写单元就安装在磁头的浮动块上,而浮动块粘接在悬架的挠臂舌尖部分,绕着窝点运动使磁头适应盘面的高低变化。窝点和舌尖的法向和径向微动会造成窝点的磨损,产生的磨屑会严重污染盘面,影响磁头的飞行状态及降低硬盘的可靠性和寿命。针对窝点与舌尖的微动磨损这一问题,本文从接触力学的角度出发,对窝点与舌尖的接触状态进行力学分析及数值仿真,分析载荷、粗糙度、材料特性等参数对磨损的影响,可为研究窝点与舌尖的微动磨损和疲劳损伤机理及控制方法奠定基础,对进行窝点与舌尖的微动磨损实验及优化设计具有一定的指导作用。 通过对磁头悬架窝点与挠臂舌尖的接触状态进行理论分析及计算,采用ANSYS有限元仿真方法,建立了在完全粘着条件下悬架窝点与挠臂舌尖的接触有限元模型。研究表明随着法向力的增加,窝点和舌尖接触的最大静摩擦力增加,窝点和舌尖的相对滑动变的更加困难,不容易发生磨损,但是,法向力过大,在接触表面下方出现的塑性变形增加,窝点可能产生疲劳破坏。 研究了舌尖厚度和弹性模量对窝点Von Mises应力分布和Von Mises应力大小的影响,舌尖的厚度越小,在大于预紧力作用下,窝点的应力值越小,当舌尖厚度超过一定值时,尺寸的影响可以忽略。相同的外力作用下,舌尖的弹性模量越小,窝点的应力值越小,则不容易发生疲劳破坏。 仿真了舌尖受预紧力作用下以及预紧力和气浮力共同作用下窝点的塑性应变情况,得出了窝点最大塑性应变出现位置及接触表面的塑性变形分布,揭示了磁头在工作和非工作状态下,疲劳裂纹可能的萌生位置和接触表面可能发生磨损的区域。随着切向载荷的增加,塑性变形区域增大,塑性应变值增大,越容易发生磨损。 通过对悬架窝点和挠臂舌尖的粗糙接触模型进行研究,得出接触表面的粗糙度越小,表面的塑性指数越小,窝点和舌尖发生相对滑动越困难,越难磨损,并且存在着一个与塑性指数相关的法向力阈值,当法向力超过阈值时,接触表面的粗糙度影响可以忽略,窝点和舌尖的粗糙接触问题可以用光滑的球体和平面模型解决。
【图文】：

在悬架对应于浮动块重心的位置有一个球形突起，称为窝点。挠臂与窝点相接触的部分称为舌尖，如图 1-1 所示。图1-1 磁头悬架窝点和挠臂舌尖结构示意图在磁盘工作时，由于 T 型限制器的作用，挠臂的舌尖部分和悬架的窝点始终保持接触，并且被施加了一定的预紧力以保证浮动块能以窝点为支点任意的转动和滑动来适应磁盘盘面的高低变化以及磁头和盘面间气膜厚度的变化。悬架窝点与挠臂舌尖之间的微小滑移将导致微动磨损的发生，如图 1-2 所示。而当磁盘受到外力激励产生震动或者冲击时，，悬架窝点和挠臂舌尖可能交替的分离和接触，这种交替的分离和接触的碰撞使得窝点和舌尖之间发生变形而导致疲劳进一步产生内部的损伤裂纹。图1-2 悬架窝点表面磨损情况扫描电镜照片随着计算机技术，机械加工技术的不断提高，计算机硬盘朝着高速、高容量的方向不断发展[2]

这种交替的分离和接触的碰撞使得窝点和舌尖之间发生变形而导致疲劳进一步产生内部的损伤裂纹。图1-2 悬架窝点表面磨损情况扫描电镜照片随着计算机技术，机械加工技术的不断提高，计算机硬盘朝着高速、高容量的方向不断发展[2]，同时随着硬盘转速的提升而带来的硬盘工作可靠性和使用寿命的问题也受到硬盘制造商和科研机构越来越多的关注。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP333.35

【引证文献】

相关博士学位论文 前1条

1 李隆球;硬盘悬架窝点与挠臂的接触力学行为及微动磨损机理研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

本文编号：2706100