硬盤懸架窩點(diǎn)與撓臂的接觸力學(xué)行為及微動(dòng)磨損機(jī)理研究.pdf

1、納米技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了信息存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展。硬盤作為信息存儲(chǔ)的主要載體之一，在近十年得到了迅猛發(fā)展，主要表現(xiàn)在磁存儲(chǔ)容量加大、讀寫速度加快及磁頭飛行高度大幅度減低以致于幾乎貼近磁盤盤面等。硬盤處于正常工作時(shí)，無論是在正常工作時(shí)還是受到的外部沖擊時(shí)，懸架的窩點(diǎn)與撓臂的萬向支架部分都會(huì)產(chǎn)生彈塑性變形或微小位移滑動(dòng)，長(zhǎng)期存在這種交替變形或相對(duì)滑移，會(huì)使得窩點(diǎn)與撓臂發(fā)生微動(dòng)疲勞和微動(dòng)磨損，這種磨損不僅會(huì)降低浮動(dòng)塊與懸架窩點(diǎn)本身的壽命，也大大降低硬盤

2、使用壽命。更為嚴(yán)重的是微動(dòng)磨損所產(chǎn)生的磨屑或顆粒掉在盤面上成為硬盤致命的污染源，造成讀寫出錯(cuò)率的增加甚至碟片的物理?yè)p傷而導(dǎo)致整個(gè)硬盤失效。然而目前對(duì)窩點(diǎn)與撓臂的接觸行為研究甚少，對(duì)其徑向及切向微動(dòng)磨損機(jī)理并不明確，現(xiàn)有的接觸理論主要集中在實(shí)心球的接觸行為研究而不能應(yīng)用于空心球殼結(jié)構(gòu)的窩點(diǎn)。因此，本文采取了理論分析、有限元模擬及實(shí)驗(yàn)等相結(jié)合的方法，研究了窩點(diǎn)和撓臂之間的接觸力學(xué)及微動(dòng)磨損機(jī)理，具體的研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　建

3、立了可涵蓋磁頭組件在尋道、加載/卸載及緊急?？康炔煌\(yùn)行狀態(tài)時(shí)的有限元模型，得出了加載條件、摩擦系數(shù)、材料屬性、幾何參數(shù)及外部沖擊與振動(dòng)對(duì)懸架窩點(diǎn)與撓臂的微動(dòng)行為的影響規(guī)律，得出了窩點(diǎn)與撓臂相對(duì)位移與上述主要參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，為后續(xù)進(jìn)行微動(dòng)磨損試驗(yàn)及優(yōu)化懸架設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
　　用理論分析及有限元模擬相結(jié)合的方法，研究了全滑移及全粘著條件下，空心球殼與剛性平面的彈性接觸行為及屈服時(shí)的相關(guān)理論，提出了一無量綱化空心球殼參數(shù)λ，該球殼參

4、數(shù)與球殼形狀及材料性質(zhì)有關(guān)。全滑移條件下，空心球位置只和球殼參數(shù)有關(guān)，而全粘著條件下，球殼屈服點(diǎn)位置除了與球殼參數(shù)有關(guān)外，還受泊松比的影響。得出了球殼發(fā)生屈服時(shí)臨界載荷、臨界位移及臨界接觸面積與無量綱化球殼參數(shù)λ/λp及泊松比的函數(shù)關(guān)系，并給出了經(jīng)驗(yàn)公式。分析了窩點(diǎn)與撓臂在全滑移接觸條件下，材料屬性及幾何參數(shù)對(duì)屈服時(shí)的關(guān)鍵參數(shù)及其彈塑性接觸時(shí)的平均接觸應(yīng)力的影響規(guī)律，在一定條件下，窩點(diǎn)與撓臂仍可以等效為實(shí)心球與剛性平面的接觸。
　

5、　建立了球形非理想光滑表面與剛性平面接觸的理論模型，得出了非理想光滑表面塑性指數(shù)及無量綱化載荷對(duì)分離距離、有效接觸面積、切向力、最大靜摩擦系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)的影響規(guī)律。建立了球形非理想光滑表面粗糙峰、球形基體及整體產(chǎn)生變形時(shí)的數(shù)學(xué)模型，提出了過渡載荷的定義方法，得出了非理想光滑表面塑性指數(shù)及無量綱化載荷對(duì)粗糙峰及基體變形的影響規(guī)律，提出了用于評(píng)價(jià)粗糙峰變形對(duì)球形非理想光滑表面整體變形的影響判定準(zhǔn)則。
　　在基于納米壓痕儀的基礎(chǔ)上，建立

6、了可進(jìn)行高精度的微納米尺度徑向微動(dòng)磨損循環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)，并在該系統(tǒng)上進(jìn)行窩點(diǎn)與撓臂的微納米徑向微動(dòng)機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究。得出了徑向微動(dòng)循環(huán)次數(shù)、窩點(diǎn)表面形貌對(duì)徑向微動(dòng)的影響規(guī)律。當(dāng)窩點(diǎn)與撓臂接觸時(shí)，最大位移及殘余位移都發(fā)生在初始階段，隨著循環(huán)周次的增加，最大位移及殘余位移不斷減小并趨向于一穩(wěn)定值，即彈性安定，耗散能也會(huì)趨于一穩(wěn)定值，即進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段。粗糙峰的塑性變形是窩點(diǎn)發(fā)生微納米徑向微動(dòng)磨損的主要原因。驗(yàn)證了理論研究所得到的球形非理想光滑表面

7、彈塑性接觸時(shí)，無量綱化載荷與無量綱化位移及塑性指數(shù)的關(guān)系，過渡載荷等相關(guān)理論。
　　建立了一種可同時(shí)控制切向微動(dòng)試驗(yàn)環(huán)境溫度、濕度、微動(dòng)頻率及微動(dòng)振幅等試驗(yàn)條件的微納米切向微動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)。并在該系統(tǒng)上進(jìn)行窩點(diǎn)與撓臂微納米切向微動(dòng)機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究。得出了窩點(diǎn)與撓臂切向微動(dòng)載荷-摩擦力曲線及最大摩擦系數(shù)隨循環(huán)次數(shù)的演化規(guī)律及機(jī)理。研究了微動(dòng)頻率、環(huán)境溫度及濕度對(duì)窩點(diǎn)與撓臂切向微動(dòng)磨損的影響規(guī)律。隨著微動(dòng)頻率的增加，摩擦力增加，但相對(duì)位移減