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硬盘驱动器磁头/盘界面抗冲击动态特性研究

作　者: 唐斌
导　师: 姜洪源
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 硬盘驱动器动态特性冲击振动数值仿真
分类号: TP333.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

计算机技术已经广泛地应用于国防和国民经济建设及社会的各个领域,作为计算机系统的外部存储设备,硬盘驱动器(Hard Disk Drive)已不仅仅被用在个人电脑和服务器领域,其用途已经开始普及到便携设备和消费电子产品等领域。硬盘已经成为最重要的程序和数据载体。但硬盘又是一个比较“脆弱”的设备,不经意的振动和冲击都有可能造成硬盘的工作失效或者损坏。随着磁记录密度的不断增大和磁盘片转速的不断攀升,硬盘驱动器的机械动态性能显得越来越突出,尤其是其抗冲击振动性能已经成为硬盘设计中最重要的技术指标之一。为了改善和提高硬盘驱动器的抗冲击振动能力,有必要对硬盘驱动器磁头/盘界面的冲击振动特性进行分析,从而找到影响硬盘驱动器抗冲击振动性能的因素。本文对硬盘驱动器磁头/盘界面静、动态特性的国内外研究现状进行了综述,分析了硬盘驱动器的基本结构及工作原理,对磁头/盘界面相关技术和参数进行了研究分析。依据其工作原理,建立了硬盘驱动器磁头/盘界面二自由度动力学模型和数学模型,并对硬盘驱动器内部各部件之间碰撞力和建立的磁头/盘界面的数学微分方程进行了求解,得到了硬盘驱动器头盘间隙与冲击加速度载荷之间的响应特性曲线。根据硬盘驱动器的构成及各部件之间的相互连接关系,建立了1英寸微硬盘驱动器的实体模型和有限元模型。以此硬盘驱动器有限元模型为基础,通过施加相应的边界条件以及冲击载荷,应用ANSYS/LS-DYNA动力分析软件,对硬盘驱动器在受到外界冲击载荷作用时的动态特性进行了仿真研究。分析了冲击加速度载荷的幅值、脉宽以及脉冲波形对硬盘驱动器中头盘间隙、盘片振动、传动臂俯仰角与滚动角等特性参数的影响。有限元仿真结果验证了建立的硬盘驱动器磁头/盘界面动力学模型的正确性。本文的研究为建立多自由度磁头/盘界面的动力学模型,以及考虑分子间作用力时的抗冲击振动特性的有限元仿真研究提供了理论支持和实验依据。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题研究的目的和意义  8-9
  1.2 硬盘驱动器磁头/盘界面的发展及国内外研究现状  9-14
    1.2.1 硬盘的发展历史  9-10
    1.2.2 国内外研究现状  10-14
  1.3 课题研究的主要内容  14-15
第2章磁头/盘界面动力学模型的建立  15-28
  2.1 硬盘简介  15-17
    2.1.1 硬盘的基本构成  15-16
    2.1.2 硬盘的工作原理  16-17
  2.2 磁头/盘界面  17-19
    2.2.1 飞行高度  17
    2.2.2 接触起停(Contact Start-Stop，CSS)技术  17-18
    2.2.3 斜坡加载/卸载(Ramp Load/Unload，L/UL)技术  18-19
  2.3 磁头/盘界面动力学模型的建立  19-22
    2.3.1 物理参数分析模型  19
    2.3.2 磁头/盘界面动力学模型  19-21
    2.3.3 相关构件接触作用分析  21-22
  2.4 运动微分方程的求解  22-27
    2.4.1 微分方程中参数确定  22-24
    2.4.2 微分方程求解流程  24-25
    2.4.3 微分方程计算结果  25-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章硬盘驱动器有限元模型的建立  28-40
  3.1 有限单元法及硬盘驱动器有限元分析  28-31
    3.1.1 有限单元法  28-29
    3.1.2 硬盘驱动器有限元分析  29-31
  3.2 硬盘驱动器有限元模型  31-38
    3.2.1 实体模型  31-32
    3.2.2 有限元模型  32-36
    3.2.3 接触的设定  36-38
  3.3 硬盘驱动器悬臂应力初始化  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章硬盘驱动器抗冲击特性有限元仿真  40-54
  4.1 硬盘驱动器的抗冲击特性研究  40-45
    4.1.1 头盘间隙  41-42
    4.1.2 盘片振动  42-43
    4.1.3 传动臂的滚动角与俯仰角  43-45
  4.2 冲击载荷幅值对硬盘驱动器动态特性的影响  45-47
  4.3 冲击载荷脉宽对硬盘驱动器动态特性的影响  47-50
  4.4 冲击载荷形式对硬盘驱动器动态特性的影响  50-52
  4.5 微分方程求解结果和有限元仿真结果的比较  52-53
  4.6 本章小结  53-54
结论  54-55
参考文献  55-59
攻读学位期间发表的学术论文  59-61
致谢  61-62
个人简历  62

硬盘驱动器磁头/盘界面抗冲击动态特性研究

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