悬架的机械设计对动态加载过程的影响

收稿： 2003年7月2 /接受： 2004年2月24日/网上公布： 2005年8月3
_斯普林格2005年

摘要：设计一个加载/卸载系统中使用的硬盘驱动器，必要时需要注意，确保在装载和卸载过程滑块不会损害磁盘的表面。因为，在设计点的预负荷之间的负载圆顶和弯曲的一个小偏差可能会导致不良进程载入，造成一些滑块/磁盘不利的接触。在这项研究中，我们发现，如果预负载之间的负载圆顶和弯曲太低，滑块的摆动可能会造成角落的滑块接触磁盘过多，使滑杆远离磁盘几微米。此外，滑块可吸入下跌对磁盘造成了负载圆顶的完全分离，导致柔性装配负载失控。

这种分离的情况会发生当悬架仍然在坡道时，因此没有施加预压的滑块立即分离。因此，滑块在高于设计点的飞行高度飞行，直到负载圆顶和弯曲之间的差距为零。因此，对悬架的设计必须小心谨慎以便抑制滑块振荡，并确保负载圆顶不在负载过程中分离。

关键词：机械设计；磁盘驱动器；加载

1导言

其中一项要求设计一个加载/卸载系统中使用的硬盘驱动器是确保在装载和卸载过程滑块不会损害碟片表面。因为这是难以避免滑块/磁盘完全接触，因为，该系统是为了尽量多的减少滑杆/磁盘接触事件和接触的后果的发生。滑块/磁盘接触发生接触的可能性取决于加载速度，磁盘速度，滑块的静止状态，空气轴承粗糙度，滑块几何等。例如滑块大曲率半径的弯道可以消除磁盘损害，降低滑块和磁盘表面之间的接触应力（Suk and Gillis 1998） 。许多最近的研究认为，影响悬架与限制器和空气轴承设计的稳健性和装卸过程有关（Bogy and Zeng 2000; Hua et al. 2001; Liu and Zhu 2001; Zeng and Bogy 2000） 。不过，这些研究主要集中在卸载的过程，因为这部分序列通常揭示有趣的动态过程的影响和负压空气轴设计。负压区域空气轴抗拒卸货行动导致的潜在能量储存在弯曲和悬挂装备中.当滑块终于脱离磁盘，势能释放，滑块振荡剧烈。另一方面，为合理的设计系统，加载过程并没有表现出这样的行为。因此，大多数国家都主要调查更重要的加载过程，粗略调查卸载进程。大多设计师的加载/卸载系统会发现，加载过程可以比卸载过程更麻烦。除了潜在地对磁盘造成的伤害，其他问题都可以在加载过程中遇到。例如，在某些情况下，滑块可能永远无法达到负荷的设计飞行高度，而是在飞行高度负荷的命令1流明（Suk et al. 2004）。

在本文中，我们显示一个小偏差的机械设计的弯曲/悬挂装配可以增加滑块/磁盘接触的概率，可能导致大量的磁盘接触在单一负载周期内。具体来说，我们表明，悬挂系统，弯曲和负载圆顶之间的低预加载可能导致装载的滑块不受控制静止和速度。相关问题这方面的设计可以很容易地确定通过测量在加载过程中的全身电容。

2描述的实验

滑块载入中动态进行了研究用激光多普勒测振仪（激光多普勒） ， 62千赫的帧速率的高速摄像头，全身电容。实验装置包括一个标准的加载/卸载测试仪。电容计测量当滑块装上磁盘时滑块和磁盘间的全身电容，一个类似于用在（Suk et al. 2004）。

滑块装上和卸下磁盘使用移动坡道，同时保持滑块/悬架固定的外径地区的磁盘。垂直运动的后缘的滑杆是用激光多普勒测量。所有的测试使用84毫米玻璃磁盘和负压雪橇型滑块与磁盘旋转10 krpm进行。静姿态角法（简称PSA ）的滑块用于实验是介于1和2。为了显示在弯曲和负载圆顶之间的预加载缺乏效果，我们选择两个悬挂组件是基本相同，除预装载。由于不同程度的预加载是难以衡量的，只有大量差异存在时才可核实。要做到这一点，我们挂载具有正常预加载的头悬挂结构在坡道上。一个小的重量，这是足以造成负载穹顶脱离弯曲，然后附在弯曲。分离的数量是用一个适当的位置CCD相机测量的。类似的测量是为了具有低预加载的头悬挂结构装配所制定的 。图2和图3显示的光学图像的负载圆顶和弯曲采取相同的条件下分别为NP-HSA和LPHSA。更大的负载穹顶脱离弯曲是观察LP-HSA和NP-HSA，确认LP-HSA比NPHSA的预加载低 。3结果与讨论负压滑块滑块负载到磁盘，然后按照跳动磁盘预期。在图3的底部是相应全身电容测量，这表明在一个单一的跳转电容此刻滑块负载到磁盘。类似的测量LP-HSA的是显示在图5 。在这种情况下，将滑块振荡在装载前到磁盘的情况不同，具有较高的预压负载圆顶和弯曲。此外，滑盖的垂直加载速度突然增加时，滑块约为50流明远离磁盘。

与此相关的突然增加，速度，电容测量显示多个急剧转变。继过渡之后，电容不能达到的最高值为另一个1毫秒左右。这些意见表明一个问题，但很难确定确切的动态，由于低测量带宽。更高分辨率的测量表明，滑块接触磁盘多次（图6 ） ，注意，这完全行为不会发生，每个悬挂装配，但每个都不同。图6显示同步测量全身电容和激光多普勒在装载LP-HSA，已立即在完全加载到磁盘的表面。电容测量表明一些振荡约2毫秒之前的一个步骤样跳转得到遵守。请注意，在这些震荡中滑块平均高度在几微米之间。

在这一高度，悬挂预（而不是预加载之间的柔性和负载圆顶）仍然是支持的坡道。在激光多普勒测量结果表明，滑块实际接触磁盘和弹跳上和从磁盘振荡在相同的频率，在测量与电容仪。滑块然后落定在加载的位置，但电容测量表明，该滑块没有完全达到了标称飞行高度位置的电容测量略低于最后的值。另需4毫秒左右之前滑块最后负荷充分达到名义飞行高度。令人惊讶的是，激光多普勒也是能够衡量后者的进程。相应的手臂挂载安装声发射测量表明滑块/磁盘联络图。 4顶级激光多普勒测量负荷运动后缘的滑块的系统之间的正常预负载圆顶和弯曲。底部全身电容测量，这显示出急剧转型滑块负载到磁盘核查激光多普勒和电容测量滑块磁盘接触（图7 ） 。稍有延误，声发射信号的原因是传感器安装在减震器点，这是远离的位置，联络点。另一个例子是在加载过程中显示图8显示了类似的行为。

随后的反弹振荡和缓慢的名义解决飞行高度还没有报告过。原因是，观察偏差是由于缺乏预之间的滑块和负载圆顶。在装载过程中，缺乏预结果振荡滑块看到的图。这种振荡的结果滑块角落接触磁盘多次当滑块接近（在命令几微米）的磁盘。然后，将滑块更接近磁盘，负吸力量拉动滑块对分离的磁盘负载圆顶从弯曲。在某些情况下，将滑块还可以联系实际的磁盘在此阶段的进程，而加载/卸载选项仍然是滑动的坡道和滑块的一小部分微米远离磁盘（图9 ） 。这种现象很容易看到使用高速摄像头。一组拍摄 与一个高速摄像机LP-HSA的案件中显示图10。这清楚地表明负载穹顶脱离弯曲造成了部分负荷，同时在磁盘上的加载/卸载选项卡仍然在坡道。在这种情况下，我们无法捕捉滑块/磁盘接触，利用高速摄像头。初期阶段的测量显示在图5是相当重复的，即 初始振荡可以看到每一次。然而，滑块磁盘接触是不完全重复的，因为这取决于许多其他参数，如垂直速度的磁盘在系统中装载时和随机激励的制度，由于气流和机械振动。吸力的力量，使滑块跳转对磁盘是由于负面压力变压吸附造成负面的滑块相对于磁盘的表面。相对PSA通常是消极的，而悬挂的坡道上虽然绝对PSA可能是积极的。当悬架移动穿过坡道时，在装载前相对PSA不断变化最终达到绝对PSA价值。在时间的相对PSA是否定的，消极的压力将尝试拉滑块对磁盘。如果总和弯曲刚度和预紧力之间的柔性和负载圆顶不到这种消极力量施加的滑块，滑块将走向磁盘的速度高于预期的速度分离弯曲的负载圆顶。此外，由于负载圆顶是分开弯曲，图10中可以看出，没有预装的滑杆推动滑块向着磁盘。随着负载圆顶和弯曲之间的差距消失和预紧悬挂从坡道滑块，滑块终于被推到名义飞行高度所示的最后略有增加电容和降低高度所显示的LDV测量 （图4 ，5 ,7 ，8 ）。4摘要和结论最近文章加载/卸载主要处理过程，因为卸载的卸载动态负压滑块揭示了一个有趣的行为不同于加载过程。然而，更多注重细节是需要加载过程比卸载过程中，由于造成磁盘损害在前过程中比后过程中要大得多。在本文中，我们表明，一个小偏差在设计点的预负荷之间的穹顶和弯曲可能会导致不良载入进程造成大量滑块/磁盘接触。

我们发现，如果预负载之间的负载圆顶和弯曲太低，滑块可以摆动和接触磁盘多次即使滑块是几微米远离磁盘。此外，我们表明，滑块也可以从弯曲装配推倒对磁盘完全分开的负载圆顶。这样的结果是滑块在磁盘上速度失控也可能导致硬盘损坏。

分离时悬架仍然在坡道上，因此没有预装以下的滑块分离。这种缺乏预加载使滑块飞行，飞行高度高，直到弯曲和负载圆顶之间的差距消失。因此，谨慎的设计悬挂组件必须确保负载圆顶和悬挂之间的弯曲刚度和预紧力将是很大的，足以承载负面压力保持负载圆顶任何时候都依附在悬挂组件，以制止在装载前滑块振荡。

参考文献

[1]Bogy DB, Zeng QH (2000) Design and operating conditions for reliable load/unload systems. Tribol Int 33(5–6):357–366

[2]Hua W, Liu B, Sheng G, Li J (2001) Further studies of unload process with a 9D model. IEEE Trans Magn 37(4):1855–1858

[3]Liu B, Zhu LY (2001) Experimental study on head disk interaction in ramp loading process. IEEE Trans Magn 37(4):1809–1813

[4]Suk M, Gillis D (1998) Effect of slider burnish on disk damage during dynamic load/unload. ASME J Tribol 120(2):332–338

[5]Suk M, Ruiz O, Gillis D (2004) Load/unload systems with multiple flying heights (presented at the 2002 ASME/STLE international tribology conference, Cancu n, Mexico). ASME J Tribol 126(2):367–371

[6]Zeng QH, Bogy DB (2000) Effects of certain design parameters on load/unload performance. IEEE Trans Magn 36(1): 140–147