The hard disk drive performance depends strongly on air bearing characterisitcs of the head slider. The objective of the slider design is to provide accurate positioning of the magnetic read/write element at the very small height above the disk. Application of the numerical methods is required due to complexity of the air bearing surface of the slider. The Boundary-Fitted Coordinate System Divergence Formulation method can be used for calculation of pressure distribution in the case of steep film thickness gradients. In the present work, the interpolating functions used in the expression for the Couette flow are modified in order to improve the solution characteristics in the extremely high compressibility number region. The advantages of the modified method are demonstrated on example of the flat skewed slider. Finally, the modi.ed method is applied to analysis of the static characteristics of the femto-slider. The analysis results indicate the effect of the silder's air bearing surface crown on the flying height and the pitching angle in steady state position.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.1165-1169
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2003
This paper presents an approach to optimally design the air-bearing surface (ABS) of the optical flying head for near-field recording technology (NFR). NFR is an optical recording technology using very small beam spot size by overcoming the limit of beam diffraction. One of the most Important problems in NFR is a head disk interface (HDI) issue over the recording band during the operation. A multi-criteria optimization problem is formulated to enhance the flying performances over the entire recording band during the steady state. The optimal solution of the slider, whose target flying height is 50 nm, is automatically obtained. The flying height during the steady state operation becomes closer to the target values than those fur the initial one. The pitch and roll angles are also kept within suitable ranges over the recording band. Especially, all of the air-bearing stiffness are drastically increased by the optimized geometry of the air bearing surface.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.7
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pp.94-100
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1999
This study adopted the ultra precision machining system which was composed of an air bearing spindle, a granite bed, air pad and a linear feeding mechanism. It also applied the cutting experiment on the aluminum alloy. To evaluate the safety of high speed machining, we examined the surface roughness according to the changes of cutting speed and obtained the speed limit. This paper also studied the effect of cutting condition such as feed rates and depths of cut on the surface roughness within the speed limit. This provided practical information regarding ultra precision machining.
The optical storage device has recently experienced significant improvement, especially for the aspects of high capacity and fast transfer rate. However, it is necessary to study a new shape of air bearing surface for the rotary type actuator because the optical storage device has the lower access time than that of HDD (Hard Disk Drives). In this study, we proposed the air bearing shape by using SA (Simulated Annealing) algorithm which is very effective to achieve the global optimum instead of many local optimums. The objective of optimization is to minimize the deviation in flying height from a target value 100nm. In addition, the pitch and roll angle should be maintained within the operation limits.
Kim, Dong-Joo;Oh, Il-Suk;Hong, Seong-Wook;Kim, Kyoung-Jin
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.6
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pp.745-750
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2011
In a hope to better understand the flow and convective heat transfer characteristics inside a ball bearing, air flow between the rolling elements and raceways at high speed bearing rotation is numerically investigated using a simplified inner geometry of bearing and a CFD technique. Flow simulation results reveal the pressure distribution of airflow and the shear stress distribution on the ball surface, of which nonuniformity becomes significant with the increasing rotational speed. Also, the local point of maximum shear stress coincides with the stagnation flow area on the surface of rolling elements. A complex pattern of three-dimensional vortex structures is found in the air flow due to the relative motion of bearing elements and three different types of vortex pairs exist around the rotating and orbiting rolling elements.
In this study, a topological design sensitivity of the ai. bearing surface (ABS) is suggested by using an adjoint variable method. The discrete form of the generalized lubrication equation based on a control volume formulation is used as a compatible condition. A residual function of the slider is considered as an equality constraint function, which represents the slider in equilibrium. The slider thickness parameters at all grid cells are chosen as design variables since they are the topological parameters determining the ABS shape. Then, a complicated adjoint variable equation is formulated to directly handle the highly nonlinear and asymmetric coefficient matrix and vector in the discrete system equation of air-lubricated slider bearings. An alternating direction implicit (ADI) scheme is utilized for the numerical calculation. This is an efficient iterative solver to solve large-scale problem in special band storage. Then, a computer program is developed and applied to a slider model of a sophisticated shape. The simulation results of design sensitivity analysis (DSA) are directly compared with those of FDM at the randomly selected grid cells to show the effectiveness of the proposed approach. The overall distribution of DSA results are reported, clearly showing the region on the ABS where special attention should be given during the manufacturing process.
Air foil thrust bearings are the critical components available on high-efficiency turbomachinery which need an ability to endure the large axial force. Air foil bearings are self-acting hydrodynamic bearings that use ambient air as their lubricant. Since the air is squeezed by the edge of compliance-surface of bearing, hydrodynamic force is generated. In this study, we measured the air film thickness and obtained the minimum film thickness experimentally. To increase the maximum load capacity, compliance of sub-structure was controlled. From numerical analyses, it is seen that, if the air film thickness is distributed more uniformly by variable compliance, the thrust bearings can take more axial load.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.1117-1121
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2001
The dynamic behavior of slider is investigated using Dynamic Flying Height Tester(DFHT). The dependence of slider's dynamic fluctuation on disk velocity is measured, and a comparison is made with the computational result.
A novel tri-mode ultraprecision positioning system for machine tools and measuring machine is proposed. The basic coarse mode uses a Twist-roller Friction Drive (abbr. TFD), and controls several tens of millimeters of the machine-table travel with nanometer order of positioning resolution. The fine mode also utilizes the TFD with a fine adjusting mechanism. The resolution of the fine mode is in the range of sub-nanometer. For realizing picometer positioning, the ultra-fine mode is executed by using an active aerostatic guideway. On the bearing surface of this active guideway, several Active Inherent Restrictors (abbr. AIRs) are embedded for controlling the table position. An AIR unit consists of a piezoelectric actuator having a through hole, one end of the hole on the bearing surface acts as an inherent restrictor. Owing to the aerostatic mechanism of the AIR, the deformation of the piezoelectric actuator in the AIR unit causes much reduced table displacement. Such motion reduction is effective for ultraprecision positioning. Current positioning resolution of the ultra-fine mode is 50pm, however the final goal of the positioning resolution is expected to be in the order of picometer.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2000.11a
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pp.498-501
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2000
Air dynamic bearings are inherently unstable in dynamic behavior due to the varying angle of a force produced and the nonlinear characteristics of stiffness. In this study, such dynamic behavior is obtained and compared with experimental results. A body axis coordinate system is employed to avoid the change of a moment of inertia. FDM is used to calculate the pressure distribution on the bearing surface and then the force acting on the rotor was calculated by integrating the pressure distribution. By integrating accelerations which are calculated from the equations of motion using the 4th order Runge-Kutta method, the pose of the bearing at each time step is obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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