1. Пролітаючи над дорогою рідної
2. Людина, що крокує сервопривід магнітних головок
3. магнітна вертушка
4. Привід магнітних дисків
5. Ковзають по маслу
6. Шарикопідшипники
7. гідродинамічні підшипники
8. Усередині або під?

Сергій Крушневича. [email protected]

травень 2004
Статтю надрукованоу тижневик "Мій комп'ютер"

Минулого разу ми розібралися з конструкцією магнітної головки і магнітного диска. Сьогодні поговоримо про їх взаємодії і переміщенні.
(Продовження. початок )

Пролітаючи над дорогою рідної

Під час запису, магнітна головка переміщається уздовж диска (точніше сказати диск переміщається уздовж головки), в результаті чого на поверхні магнітного диска залишається так званий «магнітний слід» (або по науковому - доріжка). Він являє собою набір невеликих ділянок поверхні, намагніченою у взаємно протилежних напрямках (рис.1). Намагніченість в одному напрямку сприймається як логічна «1», в іншому - «0». Ширина доріжки дорівнює ширині робочого зазору магнітної головки (але реально він звичайно трохи ширше, так як магнітне поле зазору поширюється на всі 360 градусів, та ще й зазор знаходиться на деякій відстані від поверхні диска). Довжина ділянки доріжки (намагніченого в одному напрямку) визначається довжиною робочого зазору (тобто товщиною вкладиша в зазорі магнітопровода) і часом, протягом якого через котушку записуючої головки проходить імпульс струму однієї полярності (природно реальна довжина буде трохи більше). На рис 1 показано теоретичне розташування даних, а на рис 2 - реальне, отримане в результаті розсіювання магнітного поля.

рис 1 рис 2

Так як диск круглий J, то і доріжки розміщуються на поверхні диска концентричними кільцями, на відміну від спіралі (прийнятої в пристроях читання / запису CD і DVD). Відстань між сусідніми доріжками (тобто кільцями) становить приблизно третину ширини доріжки.

Ширина робочого зазору голівки, що зчитує, як правило, виконується трохи менше ширини доріжки. Це дозволяє їй легше потрапити в центр доріжки і позбудеться від наведень сусідніх. Виняток становлять універсальні головки, які є як зчитують, так і записуючими. Але останнім часом вони зазвичай не застосовуються.

Людина, що крокує сервопривід магнітних головок

Сервоприводом зазвичай називають пристрій, за допомогою якого можна дистанційно змінювати розташування тіла в просторі відповідно до заданими координатами. Це правило стосується і сервоприводу магнітних головок. Він дозволяє розмістити магнітну головку над поверхню диска в заданій точці з дуже високою точністю.

Конструкція одних з перших сервоприводів являє собою передачу «шестерня-рейка». Принцип роботи добре видно на малюнку 3. Обертання шестерні 4, крокової двигуна 3, переміщує зубчасту рейку 5, яка в свою чергу переміщує позиционер 6, на якому встановлені магнітні головки 2. 1 - магнітний диск. Ця конструкція отримала назву «лінійна», так як голівка робить рух по одній лінії, спрямованої в вісь обертання і перпендикулярній їй.

Рис 3.

Це було найпростіше пристрій. Один «крок» двигуна переміщує головку на строго фіксовану відстань (тобто на сусідню доріжку). Але як завжди, простота має свої недоліки. І тут вони істотні. При зміні лінійних розмірів диска (в результаті нагрівання) доріжки зміщуються в сторону, і потрапити на середину доріжки стає неможливо. Зменшення «кроку» двигуна в кілька разів є дуже складною і дорогою завданням. З цієї причини крокові двигуни зараз можна зустріти в основному тільки в пристроях з малою щільністю запису (наприклад у всьому відомих дисководах).

Наступним кроком стало застосування замість крокової двигуна електромагніту. З його допомогою стало можливим плавно переміщати головку уздовж диска. Це дозволило забути про температурний лінійному розширенні диска. Але така конструкція була дуже нестійкою і найменші вібрації «вели» механізм в сторону.

магнітна вертушка

Незабаром цю конструкцію модернізували і зробили позиционер поворотним. Ця конструкція отримала назву «ротаційна» (від англійського rotate - обертати). Механізм з поворотним позиционером дозволяв значно точніше і надійніше утримувати головку в потрібному місці. Для повороту також використовувався електромагніт.На малюнку 4 представлена ​​конструкція НЖМД з поворотним позиционером: 1 - головка; 2 - позиционер; 3 - постійний магніт; 4 - електромагніт (його ще називають соленоїдом, так як витки котушки розташовані в одному шарі). У народі електромагніт в цьому типу сервоприводу отримав назву «звукова котушка», так як конструкція, та й принцип роботи, нагадує конструкцію звукової котушки звичайного електромагнітного динаміка. Саме цей вузол НЖМД при роботі створює непостійний звук, схожий на шурхіт, а іноді і писк.

рис 4

Привід магнітних дисків

На плечі приводу магнітних дисків (млинців - якщо хто ще не знав J) лягає не менш важке завдання, ніж на сервопривід магнітних головок. Привід повинен забезпечити високу швидкість обертання шпинделя (вала, ротора - кому як зрозуміліше) двигуна, при цьому потрібно забезпечити високу стабільність обертання шпинделя за один оборот (тобто не повинно бути ривків). Наявність вібрацій і биття шпинделя різко знижує щільність запису. Привід також повинен забезпечити швидке розкручування дисків до номінальної швидкості, щоб мінімізувати час контакту магнітних головок і дисків. Ну і до того ж, привід повинен займати мінімальний обсяг, виділяти мінімум тепла і бути якомога більш «тихим». Поєднання всіх названих чинників в одному пристрої становить велику проблему. Поліпшення одних параметрів, зазвичай призводить до погіршення інших, тут важливо знайти якийсь баланс всіх параметрів.

Більшість вищевказаних вимог лягають на місце стику рухомих і нерухомих частин приводу - на підшипники. Як Ви знаєте, підшипники бувають двох основних типів - ковзання і кочення.

Ковзають по маслу

Підшипники ковзання є нерухомий корпус (статор) і протягнуто через нього вал (ротор). Діаметри вала і отвору підганяються дуже точно, в результаті чого биття практично відсутні. Простір між валом і отвором заповнюється в'язким змащує матеріалом, службовцям для зменшення тертя між ними.

Принцип роботи такого підшипника простий. При обертанні вала змазує матеріал створює тонку плівку навколо нього. Вал «підіймається» і ковзає по ній. На превеликий жаль, змазує матеріал має властивість висихати, в результаті чого починається інтенсивний знос вала і отвору в слідстві «сухого» тертя. Тому підшипники ковзання вимагають постійного підживлення маслом, що і обмежує їх застосування в герметичних необслуговуваних механізмах.

Більш широке поширення отримали ...

Шарикопідшипники

Конструктивно підшипники кочення схожі на підшипники ковзання, з тією різницею, що між отвором і валом присутній ще одне тіло - кулька (або ролик, в роликопідшипниках). Цей тип підшипника має на кілька порядків більшу довговічність (в процесі боротьби з шумом вентиляторів, багато напевно переконалися в цьому). Але у шарикопідшипників є і недоліки - це присутність биття (навіть в нових) і значний рівень шуму. Основна вина в цьому лежить на неідеальної формі кульки. Незважаючи на це, підшипники кочення отримали досить широке поширення, і використовувалися в НЖМД ще кілька років тому (в наші дні ще можна знайти велику кількість НЖМД з цим типом підшипників).

Як завжди, комусь здалося мало J і інженери вирішили повернуться до підшипників ковзання. Після довгих розробок на світ з'явився новий тип підшипників ...

гідродинамічні підшипники

Гідродинамічний (або як його ще називають - рідинний) підшипник за своєю конструкцією дуже нагадує підшипник ковзання. Невелика різниця в тому, що гідродинамічний виготовляють з набагато більш високою точністю, в ньому використовується спеціальне в'язке масло і конструкція не допускає його витікання за межі підшипника. Ці фактори і визначають підвищену вартість виробів, в яких використаний цей тип підшипників.

Так в чому ж перевага гідродинамічних підшипників? На відміну від підшипників кочення, простір між валом і отвором заповнене однорідної в'язкої рідиною. В результаті цього відсутня вібрація, яку створюють кульки в підшипниках кочення. Крім того, поглинаються і інші види вібрації (наприклад, від взаємодії змінного струму котушки і магніту двигуна). Завдяки тому, що тертя практично відсутня (теоретично повністю, але в реальному житті ... J), значно зменшується знос (різко підвищується довговічність) і на кілька порядків зменшується тепловиділення викликане тертям. А герметичність вузла перешкоджає висиханню і витікання змащуючого матеріалу.

Усередині або під?

Так, з підшипниками розібралися. Тепер розберемося з розміщенням самого приводу. Зазвичай привід розміщується частково під і частково всередині магнітних дисків (рис 5). Таке розміщення дозволяє значно заощадити дорогоцінне місце, завдяки зменшенню висоти корпусу НЖМД. З малюнка 5 видно, що магнітні диски встановлюються прямо на провідному шпинделі приводу, що як і говорилося раніше, накладає жорсткі вимоги на биття і вібрації приводу.

Рис 5.

З електричної точки зору, привід є двигуном змінного струму. Конструктивно в ньому міститься кілька обмоток, які при правильному взаємодії магнітними полями, здатні швидко розкручувати шпиндель разом з диском до робочої швидкості і утримувати її. Харчування обмоток виконує спеціалізована мікросхема - контролер двигуна, але про це наступного разу.

Стандартними швидкостями обертання шпинделя зазвичай вважаються: 4200 5400 7200, 10000 і 15000 оборотів в хвилину (об / хв). Останні дві швидкості ще тільки починають одержувати широке поширення, тоді як нормою на сьогоднішній день є 7200 об / хв.

На сьогодні все. До зустрічі на сторінках МК.

Нехай здача річної сесії буде легкою та швидкою!