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Optimal Design of Surface Structure of a Magnetic Head

Chinese Journal of Mechanical Engineering 2009年第5期22卷 651-657页

作者： WANG Yazhen niu rongjun HUANG Ping School of Mechanical andAutomotive Engineering South China University of Technology Guangzhou 510640 China Guangdong College of Industry and Commerce Guangzhou 510510 China

Currently, the surface structure of a magnetic head has been transferred from a positive to a negative model. In order to increase magnetic storage density and to decrease the flight height, the surface structure of a head needs to be optimized continually. In the present paper, the influence of surface structure of a negative magnetic head on its flight attitude is analyzed in brief by both theoretical analysis and numerical simulation. Firstly, based on theoretical analysis, one-dimensional model of optimal design is built whose results play an important role in guiding for the two-dimensional model. Secondly, to analyze the impacts of different slructures of negative pressure heads, the original head structure is divided into five zones; the impacts of different zones on both pressure distribution and load carrying capacity were detailed analyzed by numerical analysis. Thirdly, remain the leading-head structure of the negative head, and optimized tail-end structure can be gained by the regional planning strategy to control the gas film pressure distribution. With layout strategy, three kinds of structures of the head were designed. The results show that the tail-end structure impacts on the flight performances significantly and the middle boss plays a major role on positive pressure, while the bilateral bosses lying in either side play assistant regulating role. The structures of bilateral bosses have slightly impact on pressure distribution. The results also show that an optimum tail structure can meet the needs of a lower flight height and a larger magnetic storage density.

关键词： surface structure optimum design numerical analysis

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复合摆动工况下关节轴承的接触性能分析

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机械设计与制造 2025年第2期 158-163页

作者：周勇勇牛荣军袁春明邓四二河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 中航工业直升机设计研究所江西景德镇333001

关节轴承属于协调接触问题,其接触性能是进行轴承设计和性能评估的重要参数。关节轴承在实际工作过程中,会发生多自由的摆转,造成部分接触区域产生应力集中,导致轴承寿命下降,因此轴承的摆动对接触性能的影响分析具有重要意义。在复合... 详细信息

关节轴承属于协调接触问题,其接触性能是进行轴承设计和性能评估的重要参数。关节轴承在实际工作过程中,会发生多自由的摆转,造成部分接触区域产生应力集中,导致轴承寿命下降,因此轴承的摆动对接触性能的影响分析具有重要意义。在复合摆动情况下,轴承的接触性能会更加复杂,目前还未见相关文献报道。鉴于此,考虑关节轴承实际发生偏斜和扭转实际工作工况,采用有限元仿真方法开展复合摆动下轴承的接触性能分析,得到轴承的接触性能变化规律,为实际轴承的设计和应用提供参考依据。结果表明:复合摆动工况下,摆角大小对关节轴承接触应力大小及分布产生明显影响,摆角使得接触压力呈非对称分布,且接触应力分布随着摆角的增大愈发接近边缘,易发生边缘集中效应。

关键词：关节轴承复合摆动有限元法接触性能

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粗糙表面塑性变形对弹流润滑性能的影响

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润滑与密封 2006年第6期31卷 20-23页

作者：牛荣军黄平华南理工大学机械工程学院广东广州510640

利用弹塑性动压润滑理论来分析线接触条件下粗糙表面的塑性变形对润滑性能的影响。首先计算总变形量,然后根据弹塑性理论对总变形量进行修正获得弹塑性变形量。计算中采用直接迭代法对雷诺方程进行数值求解,用多重网格法得到弹塑性变形... 详细信息

利用弹塑性动压润滑理论来分析线接触条件下粗糙表面的塑性变形对润滑性能的影响。首先计算总变形量,然后根据弹塑性理论对总变形量进行修正获得弹塑性变形量。计算中采用直接迭代法对雷诺方程进行数值求解,用多重网格法得到弹塑性变形量。为定量分析塑性变形的影响,采用余弦粗糙度来代替实际的粗糙表面,通过改变余弦粗糙度的峰高、波长和相位来表征粗糙度的变化,以此来分析粗糙度对弹塑性流体润滑的影响。计算结果表明:考虑塑性因素后,在接触的高压区膜厚变小,油膜分布曲线变得平坦,同时接触区域的油膜压力也明显变小;此外塑性变形因素的存在使得接触区的压力和油膜分布宽度增加,第二压力峰和最小膜厚点后移。

关键词：粗糙表面线接触弹塑性变形弹流润滑

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表面结构对纳米级气膜稀薄流域分布的影响

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润滑与密封 2015年第1期10卷 9-15页

作者：牛荣军黄平河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 华南理工大学机械设计及理论研究所广东广州510640

磁头与磁盘的特征高度目前已经下降到纳米量级,在此微小间隙下,气体表现出明显的稀薄效应特征。建立适用于纳米间隙下的控制方程,并根据方程特点采用特殊处理方法成功对控制方程进行数值求解,采用数值分析和实验方法分析表面结构变化对... 详细信息

磁头与磁盘的特征高度目前已经下降到纳米量级,在此微小间隙下,气体表现出明显的稀薄效应特征。建立适用于纳米间隙下的控制方程,并根据方程特点采用特殊处理方法成功对控制方程进行数值求解,采用数值分析和实验方法分析表面结构变化对稀薄流域和磁头飞行姿态的影响。研究结果表明:在纳米级气膜润滑间隙下,采用逆Knudsen数来划分稀薄流域比仅从特征膜厚高度方面考虑更合理;负压型磁头的主要工作区间在滑流区和过渡区,且过渡流域所占比例要明显高于滑流区域。稀薄效应最大的区域不是在气膜厚度最薄的磁头尾部,而是在压力突然下降且气膜较薄的阶梯过渡区域;磁头U型气垫、尾端两侧浅台阶和中间台阶结构变化会影响气流流向,从而影响压力分布,使得稀薄流域也跟随发生变化。

关键词：气体润滑稀薄流域稀薄效应磁头磁盘系统

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双排非对称四点接触球转盘轴承力学性能分析

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机械工程学报 2018年第9期54卷 177-186页

作者：牛荣军徐金超邵秀华邓四二河南科技大学机电工程学院洛阳鸿元轴承科技有限公司

接触角是轴承设计的一个重要参数,它直接影响轴承的变形、受力和寿命等特性。随着轴承空间限制和高承载能力的目标要求,对传统负游隙对称型(α01=α02=45°)双排四点接触球转盘轴承进行改进,提出非对称型接触角设计(α01=35°60°,α02... 详细信息

接触角是轴承设计的一个重要参数,它直接影响轴承的变形、受力和寿命等特性。随着轴承空间限制和高承载能力的目标要求,对传统负游隙对称型(α01=α02=45°)双排四点接触球转盘轴承进行改进,提出非对称型接触角设计(α01=35°60°,α02=90°-α01),并建立非对称双排四点接触轴承的力学模型,分析非对称接触角对轴承载荷分布、轴承刚度和承载能力的影响。结果表明:随着非对称接触角的增大,非对称双排四点接触球转盘轴承四点接触球个数先减小后增大,轴承的最大接触载荷先减小后增大;单向载荷作用下,随着非对称接触角的增加,轴向刚度Kaa不断提高,径向刚度Krr和角刚度Kθθ在非对称接触角为60°时最大,45°时最小。联合载荷条件下,非对称接触角为45°和50°时的主刚度明显小于其它非对称接触角情况,辅刚度具有明显的对称性;在轴承正常工作区域,随着非对称接触角α01的增加,轴承的静承载能力基本呈下降趋势,以轴承静承载能力为选型指标可取非对称接触角α01=35°,α02=55°。

关键词：非对称接触角转盘轴承四点接触

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向心关节轴承承载能力分析

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现代制造工程 2014年第3期 23-26,135页

作者：牛劲草牛荣军邓四二河南科技大学机电工程学院洛阳471003

利用ANSYS软件APDL编写了某型号向心关节轴承静载荷下的应力场分析程序,在有限元模型中用刚性面来替代芯轴和轴承座。通过分析、对比关节轴承在不同载荷下轴承内、外圈的应力场分布,得到了关节轴承能承受的极限静载荷;在进一步的分析中... 详细信息

利用ANSYS软件APDL编写了某型号向心关节轴承静载荷下的应力场分析程序,在有限元模型中用刚性面来替代芯轴和轴承座。通过分析、对比关节轴承在不同载荷下轴承内、外圈的应力场分布,得到了关节轴承能承受的极限静载荷;在进一步的分析中,通过采用线性最小二乘法,得到了向心关节轴承径向载荷与轴承内、外圈最大接触应力间的关系公式,为关节轴承的结构强度设计提供了理论依据与参考。

关键词：关节轴承有限元法接触应力最小二乘法

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局部受载滚轮滚针轴承承载性能仿真分析

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航空动力学报 2019年第10期34卷 2227-2236页

作者：牛荣军胡余生汪永刚徐嘉邓四二河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 珠海格力电器股份有限公司空调设备及系统运行节能国家重点实验室广东珠海519000

根据所研究滚轮滚针轴承局部受载和支撑结构特点,建立考虑凸轮局部受载影响的轴承全柔性体有限元仿真模型,系统分析了轴承加载载荷、游隙和安装偏斜角对轴承的力学性能、刚度和寿命的影响,并通过数值和试验方法对仿真结果的正确性进行... 详细信息

根据所研究滚轮滚针轴承局部受载和支撑结构特点,建立考虑凸轮局部受载影响的轴承全柔性体有限元仿真模型,系统分析了轴承加载载荷、游隙和安装偏斜角对轴承的力学性能、刚度和寿命的影响,并通过数值和试验方法对仿真结果的正确性进行验证。结果表明:局部受载条件下,径向载荷和偏斜角对轴承接触性能和寿命产生较大影响,轴承游隙对轴承接触性能和寿命的影响较小;径向载荷和偏斜角的增加,使得轴承承载区域减小,原对称“驼峰”型滚针母线的接触压力分布逐渐向偏斜角方向过渡,造成“一高一低”的母线压力分布形貌,最大接触压力增加,使得轴承寿命快速下降,但在极限载荷和偏转角条件下,仍满足轴承设计寿命指标要求。

关键词：滚轮滚针轴承局部受载弹性支撑刚度疲劳寿命

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计及芯轴变形的轴连轴承载荷分布和刚度计算

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航空动力学报 2019年第3期34卷 717-727页

作者：牛荣军张建虎倪艳光邓四二河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 河南科技大学高端轴承摩擦学技术与应用国家地方联合工程实验室河南洛阳471000

因轴连轴承高承载能力和长寿命的性能指标要求,提出三列滚动体混合式结构,通过两端圆柱滚子线接触形式提高轴承整体承载能力。为考核新型轴连轴承承载性能,基于柔性梁理论引入芯轴挠曲变形的影响,采用滚动轴承设计方法,建立新型轴连轴... 详细信息

因轴连轴承高承载能力和长寿命的性能指标要求,提出三列滚动体混合式结构,通过两端圆柱滚子线接触形式提高轴承整体承载能力。为考核新型轴连轴承承载性能,基于柔性梁理论引入芯轴挠曲变形的影响,采用滚动轴承设计方法,建立新型轴连轴承力学分析模型,在此基础上研究了外载大小、外载位置和游隙因素对轴承载荷分布和刚度的影响。载荷分析表明:径向载荷增加,芯轴在各滚动体列产生的附加力矩增加,各滚动列最大接触载荷增大;载荷作用距离减小,芯轴在各滚动体列产生的附加力矩减小,各滚动体列的承载载荷明显下降;滚子列径向游隙的增加,各滚动体列的最大接触载荷增大,承载区域减小,载荷分布均匀性下降。刚度分析表明随着径向载荷增大,各滚动体列主刚度明显上升,而载荷作用距离减小和滚子列径向游隙增加,会造成各滚动体列主刚度一定程度下降。

关键词：轴连轴承挠曲变形载荷分布刚度承载性能

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多点支撑结构形变及轴系轴承承载性能分析

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兵工学报 2023年第2期44卷 615-628页

作者：牛荣军刘越唐红利崔永存邓四二河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国北方车辆研究所北京100072

为满足高功率密度传动系统对轴系轴承高承载和长寿命的指标要求,基于弹性力学理论和滚动轴承设计方法建立多点支撑轴系轴承的力学模型,通过数值计算精确获取轴系挠曲变形曲线,以及轴承载荷分布、接触角和接触应力等性能,进而分析驱动力... 详细信息

为满足高功率密度传动系统对轴系轴承高承载和长寿命的指标要求,基于弹性力学理论和滚动轴承设计方法建立多点支撑轴系轴承的力学模型,通过数值计算精确获取轴系挠曲变形曲线,以及轴承载荷分布、接触角和接触应力等性能,进而分析驱动力矩和位置对轴承寿命的影响,给出轴系结构优化配置参数。研究结果表明:多点支撑轴系的挠曲变形对轴系轴承的载荷分配产生明显影响,在实际多点支撑轴系轴承性能计算中,要考虑轴系形变和轴系轴承的耦合作用,精确评估轴承寿命;从多点支撑圆柱滚子轴承最佳凸型设计角度考虑,中间列滚子轴承选择两边弧坡修型、右端滚子轴承选择全圆弧修型,有助于延长轴承使用寿命;从多点支撑球轴承80%爬坡率安全指标要求,驱动力矩为正常工况800 N·m时,内沟道极限设计接触角为40.6°,外沟道极限设计接触角为44.3°;从提高轴系轴承综合寿命角度,斜齿轮作用载荷位置的调整可以起到明显效果,在段距离为41~46 mm范围轴系轴承的综合寿命处于最佳区间。

关键词：轴系轴承承载性能疲劳寿命挠曲变形

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磁头承载面结构层深度对气膜润滑性能的影响

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润滑与密封 2009年第12期34卷 5-9,21页

作者：牛荣军刘红彬黄平河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 华南理工大学机械设计及理论研究所广东广州510640

采用理论分析和数值模拟相结合的方法分析了磁头承载面结构层深度变化对气膜性能的影响。结果表明:磁头的基层和次景层深度变化对气膜的正负压承载区域的压力分布产生明显的影响。其中次景层深度的变化主要对正压产生影响,随着次景层深... 详细信息

采用理论分析和数值模拟相结合的方法分析了磁头承载面结构层深度变化对气膜性能的影响。结果表明:磁头的基层和次景层深度变化对气膜的正负压承载区域的压力分布产生明显的影响。其中次景层深度的变化主要对正压产生影响,随着次景层深度的不断增加,产生正压的滑块区域压力都明显下降,特别是磁头尾端滑块处的气膜压力变化最大;而基层深度的变化对正压和负压分布都产生影响,随着基层深度变化产生正压的滑块区域压力变化较大,表现更为明显。由于磁头结构层深度变化对正、负压力分布和总气浮力的作用,从而影响气膜承载力性能。在实际磁头结构设计中可以通过优化设计确定最佳各结构层深度,达到增加磁存储容量的目的。

关键词：磁头表面形貌气体润滑数值分析

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