磁頭-磁盤(pán)界面粗糙度和容納系數(shù)對(duì)氣膜潤(rùn)滑特性綜合影響機(jī)理研究.pdf

1、硬盤(pán)(Hard disk drive—HDD)作為計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成部分之一，它承載著存儲(chǔ)、記憶計(jì)算機(jī)信息和數(shù)據(jù)的重大職責(zé)。磁頭/磁盤(pán)系統(tǒng)工作時(shí)，磁頭隨著浮動(dòng)塊一并漂浮于磁盤(pán)上方，這是因?yàn)榇疟P(pán)在主軸的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，將空氣帶入浮動(dòng)塊和盤(pán)片之間，從而使磁頭能夠漂浮于盤(pán)片上方而不至于損壞磁道，而浮動(dòng)塊和盤(pán)片之間的這個(gè)距離就是對(duì)硬盤(pán)的儲(chǔ)存容量起著決定性作用的量—浮動(dòng)塊的飛行高度(Flying Height)。隨著人們對(duì)硬盤(pán)存儲(chǔ)容量和性能要求的

2、日漸提高，飛行高度已經(jīng)降至若干個(gè)納米級(jí)別，這就使得傳統(tǒng)的研究氣膜潤(rùn)滑的方程—Reynolds方程不再適用，而必須要進(jìn)行適當(dāng)?shù)匦拚?br>　　考慮到影響氣膜潤(rùn)滑的多個(gè)因素，基于課題組提出的分子氣膜潤(rùn)滑(Molecular GasFilm Lubrication—MGL)方程簡(jiǎn)化模型，本文提出了同時(shí)考慮磁頭和磁盤(pán)表面的粗糙度情況及其容納系數(shù)(Accommodation Coefficient—AC)、氣體的稀薄效應(yīng)等因素的修正MGL方程。

3、在該修正的MGL方程中，引入了影響氣膜潤(rùn)滑的流量因數(shù)、剪切流因子、壓力流因子等粗糙度參量，考慮了表面容納系數(shù)和粗糙度等各組合因素對(duì)氣膜潤(rùn)滑特性的綜合影響。
　　在上述修正MGL模型中，選取了高精度的二階(Precise Second Order—PSO)模型對(duì)Poiseuille流及Couette流進(jìn)行了擬合，這種模型既提高了求解結(jié)果的準(zhǔn)確性，又保證了計(jì)算的效率。文中采用最小二乘有限差分(Least Square Finite D

4、ifference—LSFD)法，對(duì)上述修正的MGL方程進(jìn)行求解，并對(duì)具體的實(shí)施方案與過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)地說(shuō)明。
　　基于上述修正的MGL方程及其求解方案，分別研究了磁頭和磁盤(pán)表面容納系數(shù)的不同組合以及粗糙度值大小和粗糙度模式的不同組合，對(duì)磁頭/磁盤(pán)系統(tǒng)中氣膜的壓力、承載力以及氣膜壓力中心的影響，并給出了合理的解釋。計(jì)算結(jié)果表明:
　　不同磁頭和磁盤(pán)粗糙度組合下的氣膜壓力及承載力隨著容納系數(shù)取值的增大逐漸升高，對(duì)于給定的粗糙度取

5、值，僅磁頭表面粗糙時(shí)的氣膜壓力/承載力比僅磁盤(pán)表面粗糙時(shí)的壓力分布/承載力高。同時(shí)，不同磁頭和磁盤(pán)表面粗糙度組合下，氣膜的壓力中心隨著容納系數(shù)或者氣膜數(shù)取值的增大逐漸向讀寫(xiě)磁頭靠攏。
　　另外，磁盤(pán)和磁頭AC的變化對(duì)磁頭/磁盤(pán)系統(tǒng)中氣膜的壓力分布情況有相反影響且影響程度不同:隨著磁盤(pán)AC的減小，氣膜的壓力分布明顯降低，而隨著磁頭表面AC的減小，氣膜的壓力分布略有升高，這可以從削弱或加強(qiáng)氣流強(qiáng)度的角度解釋。再者，磁頭和磁盤(pán)表面的不同