该文用有限差分法离散Reynolds润滑方程,采用交替方向隐式格式(ADI)求解离散得到的代数方程组,计算出了负压滑块的静态气动力特性

傅仙罗

王凌志

Institute Of Mechanics,Chinese Academy of Sciences

第 卷 第 期年 月计 算 机 学 报 ,,负压磁头气动力静态特性傅仙罗 王凌志中国科学院力学研究所 , 北京一而 乞如 了勿云 , 摊 乙的 , 必 , 凡￡认夕进入 年代 , 由于技术进步和技术竞争 , 磁记录技术又有了飞速的发展 , 磁盘仍将保持其在计算机外存储器中的主导地位 目前磁盘的面密度已达每平方英寸 兆位 , 实现如此高的面密度 , 在磁头方面除了改进结构采用新型的磁阻 感应式薄膜磁头外 , 降低飞行高度即减少头盘间隙也是一种重要手段 , 目前高密度磁盘的磁头飞行高度已达微米 。在减少飞行高度的过程中 , 要保证空气膜具有较高的刚度 , 同时滑块的负荷应尽可能小 但一般而言 , 气膜的刚度与滑块的负荷成正 比关系 , 因此以前设计的磁头浮动滑块很难兼顾这两方面的要求 凌年 , , 和 设计了一种新型磁头滑块 , 称为零负荷磁头滑块或负压滑块 , 它同时具有滑块轻负荷和气膜高刚度两种性能 , 是一种理想的磁头滑块目前 , 绝大多数的滑块轴承的设计工作是通过数值求解 润滑方程来实现和优化的 不论是用有限差分法还是用有限元法 , 都希望算法能包括磁头运行的所有可能的工作状态 , 并能够分析出磁头的几何形状 , 姿态和运行速度等参数变化对磁头气动力特性的影响本文用有限差分法离散 润滑方程 , 采用交替方 向隐式格式 求解离散得到的代数方程组 , 计算出了负压滑块的静态气动力特性并与文献〔 〕作了比较 所编制的程序具有使用灵活 , 应用范围广等特点 , 而且可以 比较容易地推广到动态气动力特性的计算 。非定常 润滑方程为, 尹 久。 , 。 无 , 二 群 · 尹 产刀刁本文 年 月 日收到 佣仙罗 , 副研究员 , 主要从事气体润滑理论的研究 王凌志 , 主要从事计算流体力学方面的研究 。© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net计 算 机 学 报 年其中 尹是气膜压强 , 是气膜厚度 , 尹。 为环境压强 , 久。 为一个大气压下的空气分子平均 自由程 , 群 是空气的动力粘性系数 , 奋为磁盘运动速度矢量 。采用 一 差分格式 , 对方程离散后求解 由于采用 了隐式格式 , 消除了数值不稳定问题 , 时间步长 △ 的选取只要满足精度要求而不再有稳定性方面的限制 , 并且该方法可以用于动态问题的计算 本文中静态间题的解是作为初值问题的渐近极限求得的 , 这种求解方法更符合实际物理过程 , 因而要优于其它的直接求解定常 方程的解法由于负压滑块中存在着物体形状的陡变 , 因而气膜厚度及气膜压强在陡变区 中具有很大的梯度 , 容易造成计算中收敛速度慢甚至结果发散等问题 本文作者通过理论分析和数值实验 , 选取 了一套 比较合理的网格划分方案及间断面处理方法 , 并结合了优化的算法 , 使得本程序具有较快的收敛速度和较好的数值稳定性 , 在压缩数很大时仍可得到收敛的数值结果 , 这对于未来新型磁头外型的设计和选型具有重要意义图 负压滑块压强分布·’ 召图 压力载荷 随最小气膜厚度 。 的变化为 了验证本算法的有效性 , 计算了一个负压滑块静态气动力特性的例子 , 该滑块的形状及几何尺寸见图 , 在本计算中所用的参数如下© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net期 傅仙罗等 负压磁头气动力静态特性大气压强 九空气动力粘性系数 产 一 “ ·空气分子平均 自由程 凡 卜一磁盘 方向运动速度 性 ,滑块尾缘处气膜厚度 、 乌 “滑块仰角 “负压滑块是由两条 一 形状的外轨与中心后台阶凹陷区组成的 从计算出的压强分布来看 见图 , 沿外轨分布的压强均大于环境压强 , 由于外轨头部的斜坡存在 , 空气气膜受到压缩 , 压强迅速上升到最大值 , 在外轨中部压强有所下降 , 其原因在于有空气从外轨的侧面溢出 在中心区 , 空气气流越过台阶进入凹陷区 , 由于这一空气膨胀过程 , 使得凹陷区内空气压强迅速降低从而形成一个负压区 。本文计算出的压强分布结果见图 , 计算出的压力载荷为 克本文还计算了该负压滑块的压力载荷随最小气膜厚度 。的变化规律 见图 。 其中。 的变化范围为 协 一 林 从图中可以看出 , 在 。 林 的范围内 , 随着 。 的减小 , 压力载荷迅速增加 , 并且产生的是升力 , 在 。 协 的范围内 , 形成 了负的压力载荷 , 即吸力 。 在 。 协 一 林 的范围内 , 随着 。 的增加 , 这一负压载荷也在增加 , 在林 的范围内 , 负压载荷则随着 。 的增加而逐渐减小另外还利用本程序计算了压力载荷 随负压腔深度 ‘ 的变化规律 , 计算结果见图。 取 从图中可以着出 , 随 。 的增加 , 压力载荷呈正一负一正的变化趋势伸一一￡ 夕图 压力载荷 评 随负压腔深度 。 的变化与文献 的结果进行比较 两者结论相符合 。参 考 文 献址 , , 切 比 ‘ , 以汾 ,,二 加加饭。。之动刀 望己‘几欣 勿摺 , , 一© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net

负压磁头气动力静态特性

http://dspace.imech.ac.cn/bitstream/311007/35590/1/Paper0006.pdf

负压磁头气动力静态特性

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Institute Of Mechanics,Chinese Academy of Sciences