超低飞高磁头磁盘系统静力学与动力学分析

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随着硬盘存储密度的不断增长,磁头和磁盘之间的气膜间隙(飞高)越来越小,目前磁头的飞高已经达到了分子级别的高度。磁记录密度要达到工业界预期的1Tb/in2,相应的气膜间隙要降低剑3nm。在如此小的间隙下,磁头磁盘间的气体稀薄效应越来越明显,经典雷诺方程关于不存在边界滑移的假设不再成立,为此论文采用非线性滑移长度模型对经典雷诺方程进行修正,讨论滑移长度对气膜承载力的影响:磁本论文研究了分子间作用力对硬盘系统稳态飞行姿态的影响:在静力学分析基础上论文对超低飞高头盘系统的动特性参数和稳定性进行仿真,进一步研究了系统的动力学特性。 针对超低飞高情况下气体润滑存在边界滑移的情况,论文采用非线性滑移模型对描述超薄气体润滑理论的雷诺方程进行处理,建立了修正气体润滑方程,求解磁头气膜的压强和滑移长度分布,讨论初始滑移长度和临界剪切率对与气膜承载力和磁头与磁盘滑移长度的影响。结果表明,在磁头飞高为50nm的条件下,气膜承载力随着初始滑移长度的增长而减小,磁头和磁盘表面的滑移长度有相同的变化规律,均随初始滑移长度变大而变大。并且在低剪切率下承载力和滑移长度的变化明显,而在高剪切率下变化缓慢。 论文以飞高为5nm的Pico磁头为研究对象,讨论了分子力对磁头稳定飞行姿态的影响。结果表明分子力对磁头的稳态飞行高度和俯仰角均有影响,将减小磁头飞高和俯仰角。磁头飞高越低,分子力影响越大,研究硬盘系统力学性能时必须加以考虑。 论文进一步采用二自由度模型对Pico磁头的动特性进行了研究。采用摄动法对修正雷诺方程进行处理,建立静态和动态气膜润滑模型,求解了的刚度系数和阻尼系数,进而用matlab求解动力学方程,研究结果表明,当磁盘的线速度增加时气膜承载能力增加,在平动模式中磁头的阻尼增加,可以提高磁头工作时的稳定性,但是在俯仰模式中阻尼减小。飞高和俯仰角增大均会使得气膜刚度和阻尼减小。当磁盘线速度、最小飞高和俯仰角增长时,磁头振动幅值变大,增加了头盘碰撞的可能性。
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