硬盤懸架窩點與撓臂的接觸力學行為及微動磨損機理研究.pdf

1、納米技術的發(fā)展促進了信息存儲技術的發(fā)展。硬盤作為信息存儲的主要載體之一，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，無論是在正常工作時還是受到的外部沖擊時，懸架的窩點與撓臂的萬向支架部分都會產(chǎn)生彈塑性變形或微小位移滑動，長期存在這種交替變形或相對滑移，會使得窩點與撓臂發(fā)生微動疲勞和微動磨損，這種磨損不僅會降低浮動塊與懸架窩點本身的壽命，也大大降低硬盤

2、使用壽命。更為嚴重的是微動磨損所產(chǎn)生的磨屑或顆粒掉在盤面上成為硬盤致命的污染源，造成讀寫出錯率的增加甚至碟片的物理損傷而導致整個硬盤失效。然而目前對窩點與撓臂的接觸行為研究甚少，對其徑向及切向微動磨損機理并不明確，現(xiàn)有的接觸理論主要集中在實心球的接觸行為研究而不能應用于空心球殼結構的窩點。因此，本文采取了理論分析、有限元模擬及實驗等相結合的方法，研究了窩點和撓臂之間的接觸力學及微動磨損機理，具體的研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　建

3、立了可涵蓋磁頭組件在尋道、加載/卸載及緊急停靠等不同運行狀態(tài)時的有限元模型，得出了加載條件、摩擦系數(shù)、材料屬性、幾何參數(shù)及外部沖擊與振動對懸架窩點與撓臂的微動行為的影響規(guī)律，得出了窩點與撓臂相對位移與上述主要參數(shù)的函數(shù)關系，為后續(xù)進行微動磨損試驗及優(yōu)化懸架設計奠定了基礎。
　　用理論分析及有限元模擬相結合的方法，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的相關理論，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有關。全滑移條件下，空心球位置只和球殼參數(shù)有關，而全粘著條件下，球殼屈服點位置除了與球殼參數(shù)有關外，還受泊松比的影響。得出了球殼發(fā)生屈服時臨界載荷、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)關系，并給出了經(jīng)驗公式。分析了窩點與撓臂在全滑移接觸條件下，材料屬性及幾何參數(shù)對屈服時的關鍵參數(shù)及其彈塑性接觸時的平均接觸應力的影響規(guī)律，在一定條件下，窩點與撓臂仍可以等效為實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)及無量綱化載荷對分離距離、有效接觸面積、切向力、最大靜摩擦系數(shù)等關鍵參數(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)生變形時的數(shù)學模型，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)及無量綱化載荷對粗糙峰及基體變形的影響規(guī)律，提出了用于評價粗糙峰變形對球形非理想光滑表面整體變形的影響判定準則。
　　在基于納米壓痕儀的基礎上，建立

6、了可進行高精度的微納米尺度徑向微動磨損循環(huán)試驗系統(tǒng)，并在該系統(tǒng)上進行窩點與撓臂的微納米徑向微動機理及實驗研究。得出了徑向微動循環(huán)次數(shù)、窩點表面形貌對徑向微動的影響規(guī)律。當窩點與撓臂接觸時，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，耗散能也會趨于一穩(wěn)定值，即進入穩(wěn)定磨損階段。粗糙峰的塑性變形是窩點發(fā)生微納米徑向微動磨損的主要原因。驗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，無量綱化載荷與無量綱化位移及塑性指數(shù)的關系，過渡載荷等相關理論。
　　建立了一種可同時控制切向微動試驗環(huán)境溫度、濕度、微動頻率及微動振幅等試驗條件的微納米切向微動試驗系統(tǒng)。并在該系統(tǒng)上進行窩點與撓臂微納米切向微動機理及實驗研究。得出了窩點與撓臂切向微動載荷-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)律及機理。研究了微動頻率、環(huán)境溫度及濕度對窩點與撓臂切向微動磨損的影響規(guī)律。隨著微動頻率的增加，摩擦力增加，但相對位移減