CN101583997A - 具有用于质量控制的切口特征的数据存储用公差环 - Google Patents

Abstract

一种公差环，构造为改进致动器臂组件的质量偏心。所述公差环具有圆柱体，该圆柱体在两端之间具有预定长度，沿该圆柱体的所述预定长度有一间隙，该间隙具有第一和第二边缘，并且在该第二边缘处，所述圆柱体具有位于该圆柱体的表面中的孔。

Description

具有用于质量控制的切口特征的数据存储用公差环

技术领域

本发明总体涉及轴承公差环。更具体地，本发明涉及在用于诸如硬盘驱动器的信息存储设备中的致动器臂的盒式轴承中所使用的公差环。

背景技术

任何计算机系统的关键部件都是存储数据的设备。用于在计算机系统中存储大量数据的一个通常位置是在磁盘驱动器上。磁盘驱动器的最基本部件是旋转的磁盘、将换能器移动到磁盘上的不同位置的致动器以及用来向磁盘写入数据和从磁盘读取数据的电路。联接到致动器的是包括磁头和金属悬架的磁头悬浮组件(HGA)。HGA能堆叠在一起形成磁头堆叠组件(HSA)，该磁头堆叠组件(HSA)由致动器推动越过磁盘表面。当前有各种磁盘驱动器在使用中，例如硬盘驱动器、Zip驱动器、软盘驱动器。所有驱动器都使用旋转式或线性致动器。

在硬盘驱动器中，磁头在同轴安装在主轴马达上的旋转磁盘的表面上读取和写入数据。磁性写入的信息的“位”被布置在磁盘表面上的同心圆“磁道”上。磁盘必须快速旋转，从而计算机用户不需要长时间等待磁盘表面上预期的信息位变成定位在磁头之下。在现代的磁盘驱动器中，数据位和磁道必须非常窄并且紧密地间隔以实现磁盘表面的每单位面积的高密度信息。

所需的小尺寸和磁盘表面上的信息位的紧密间距对磁盘驱动器设备及其机械部件的设计具有影响。其中最重要的影响是磁头上的磁性换能器必须非常紧密靠近磁盘的磁性表面运行。因为由磁盘旋转和磁头致动引起的在磁盘表面与磁头之间存在相对运动，所以磁头与磁盘之间的连续接触会导致接触面的摩擦故障。俗称为“磁头碰撞”的这种摩擦故障会损坏磁盘和磁头，并通常导致数据丢失。因此，将磁头设计为：通过非常薄的空气轴承流体动力地支撑，从而它的磁换能器能紧密靠近磁盘运行同时最小化或避免磁头与磁盘之间的物理接触。通常，在现代硬盘驱动器的运行期间的磁头到磁盘的间距非常小，测量时在几十毫微米。

设计者必须考虑用于紧密靠近磁盘地移动磁换能器的致动器的特性，以使响应于快速角运动和其它激励的振动最小化。例如，致动器臂必须足够坚硬并且致动器枢轴承必须具有足够高的质量，从而能在运行期间精确地控制磁头的位置。而且，致动器臂与枢轴承之间的接触面必须具有足够的刚度和强度，从而能在运行期间实现磁头定位的精确控制并提供所必须的边界条件以促进致动器臂的更高固有共振频率的振动。通常，致动器臂由铝或铝的合金制成，因此比通常由不锈钢制成的枢轴承座套更柔软并更容易刮伤。

致动器的硬度还必须足以限制在机械冲击事件期间可能导致与磁盘接触的变形。同样，致动器结构与枢轴承之间的接触面必须具有足够的强度以防止灾难性的结构故障，例如在大的机械冲击事件期间致动器臂与致动器枢轴承座套之间的轴向滑移。

在很多磁盘驱动器中，致动器臂通过公差环而被固定到致动器枢轴承。通常，公差环包括开放的圆柱形基部和从该圆柱形基部凸起或凹入的多个接触部。在安装期间，接触部通常被部分压缩以在通过公差环连接的部件的配合圆柱形特征之间产生径向预载荷。该径向预载荷压缩提供了摩擦接合作用，该摩擦接合作用防止配合部件的实际滑移。例如，在磁盘驱动器的应用中，公差环的径向压缩预载荷防止在运行期间以及在机械冲击事件期间在致动器臂与枢轴承之间的接触面处的分离和滑移。公差环还充当了径向弹簧。这样，公差环使内圆柱形部件相对于外圆柱形部件定位，同时补偿部件的半径上的半径间隙和制造差异。

其它特征也已经添加到公差环以获得特定的优点。例如，在Misso等人的US专利No.6288878中，已将环形支撑部添加到公差环以提高环向强度(hoop strength)。Misso等人的US专利No.6338839公开了一种提供低而一致的安装力分布轮廓(profile)的公差环。

小Cramer等人的US专利No.4790683公开了传统公差环与圆柱形垫片相结合的应用中的使用，其特征在于结构上的明显径向振动或载荷。该垫片防止柔软的下层材料的变形，从而防止保持公差环的摩擦接合作用的径向压缩的不希望的部分释放。

现有技术的公差环通常由扁平金属板、利用冲压、成型、轧制及其它步骤制成，以提供使接触部凹入的方式和最终的大致圆柱形的形状。由于公差环制造的方式，它们通常具有形成在轧制金属板的相对边缘相接处的间隙或间距。现有技术的公差环的透视图在图1中示出。

公差环能首先安装在诸如致动器臂的外部部件中的圆柱形孔中，从而随后能将诸如致动器枢轴承的圆柱形内部部件强制地推入公差环的内部中，以产生通过摩擦接合作用来保持部件的径向压缩预载荷。在此情形中，接触部可凹入到比基部更小的半径以及凸起到比基部更大的半径。或者，公差环能首先绕诸如致动器枢轴承的圆柱形内部件安装。然后将内部件与公差环一起强制地推入诸如致动器臂的外部件中的圆柱形孔的内部中，以产生通过摩擦接合作用来保持部件的径向压缩预载荷。在此情形中，公差环的接触部通常凸起到比基部更大的半径。

公差环的硬度和质量特性能影响HSA带宽。例如，在现有技术的公差环中，末端之间的间隙或间距能导致质量偏心，从而影响致动器的动平衡。大多数磁盘驱动器制造商都面临此问题，并且公差环制造商试图通过实现尽可能小的间隙同时避免在组装之后公差环的两个末端接触的可能性来将间隙减到最小。

为了补偿质量不平衡，磁盘驱动器制造商被迫沿通过试验和误差所知的方向手动地对准间隙以减小质量不平衡(也称为定频(clocking))或者抵消总体的偏心质量，而抵消总体的偏心质量会降低性能。定频并不消除质量不平衡，而是使它成为已知，并因而能够以其它方式，例如通过平衡诸如致动器臂或扇状尾的邻近部件来补偿。此外，使间隙最小化有助于减小质量不平衡，但是由于制造约束，公差环末端仍相当长。因此，与间隙并置的凸出之间的空间大于其它处的凸出之间的空间。

随着对于将致动器臂安装在硬盘中的改进一致性的要求的增加，在本领域中仍保留着对减小质量不平衡和质量偏心的公差环的持续需求。

发明内容

一种公差环，构造为改进致动器臂组件的质量偏心。该公差环具有圆柱体，该圆柱体在两端之间具有预定长度，并且沿该圆柱体的预定长度有一间隙，该间隙具有第一和第二边缘，在该第二边缘处，圆柱体具有位于圆柱体的表面中的孔。在一个实施例中，公差环具有第一突出片(tab)，该第一突出片从间隙的第一边缘突出并在间隙的第二边缘处联接到圆柱体。将孔与突出片结合允许在减小质量偏心方面具有最大灵活性。第一突出片可与圆柱体的表面中的孔接合。第一突出片的构造可以是L形或U形的。孔可根据需要沿间隙的边缘封闭地设置，以减小公差环的质量不平衡并改进质量偏心。在另一实施例中，公差环具有从间隙的第二边缘突出的第二突出片，该第二突出片联接到第一边缘上的第一突出片。第一和第二突出片适于钩在一起并封闭间隙。

附图说明

根据下文说明书连同附图的描述，本发明的确切特征及其目的和优点将变得更加明显，在附图中，相同的附图标记指示所有附图中相同的部件，并且其中：

图1是现有技术的公差环设计的透视图。

图2是根据本发明的一个实施例的公差环的透视图。

图3是根据本发明的另一实施例的公差环的透视图。

图4是沿图2或图3的线4-4的公差环的剖视图。

图5是根据本发明的又一实施例的公差环的透视图。

图6示出了沿图5的线6-6的公差环的剖视图。

图7示出了沿图5的线6-6的公差环的另一剖视图。

图8是根据本发明的再一实施例的公差环的透视图。

图9示出了沿图8的线9-9的公差环的剖视图。

图10示出了沿图8的线9-9的公差环的另一剖视图。

图11是根据本发明的另一实施例的公差环的透视图。

图12是根据本发明的又一实施例的公差环的透视图。

具体实施方式

图1示出了现有技术的公差环设计11的透视图。在一个实施例中，公差环11由300系列的不锈钢制成。公差环11由基本平坦的基部形成，该平坦基部被弯曲而形成圆柱体13。圆柱体13具有绕中心轴的第一半径并且平行于该中心轴延伸固定长度。沿公差环11的长度的间隙21便于圆柱形开口19的径向扩展和收缩，该间隙21具有第一边缘15和第二边缘17。

公差环11具有多个接触部23。接触部23通常具有沿圆柱体13轴向延伸的长斜方形的横截面形状。如图1中所示，接触部23沿远离公差环11的内部的方向径向向外突出。可以认识到的是，本领域中公知的可选构造包括具有径向向内突出或以交替方式向内和向外突出的接触部23的公差环。

图2是根据本发明一个实施例的具有钩形突出片和用于质量控制的切口特征的公差环25的透视图。公差环25具有带相对的配合末端的钩形突出片27和29。这些末端彼此接合而封闭形成在突出片27与29之间的直线间隙21(图1)。边缘15和17分别具有切口31和33，以平衡钩形突出片27和29的质量增加。当钩形突出片27和29彼此接合时，切口31和33近似彼此对准以在公差环25中形成空腔35。公差环25的钩形突出片和切口特征改进了致动器臂组件的质量偏心并减小了质量不平衡。

图3是具有三个钩形突出片和切口特征的公差环37的透视图。公差环37具有总体指示为39、41和43的钩形突出片，所述钩形突出片在第一和第二边缘15和17上分别具有相对的配合末端。为了平衡由钩形突出片39、41和43引起的公差环37的一端上的质量增加，在边缘15和17中形成总体示出为空腔47和45的切口。公差环37的钩形突出片和切口改进了致动器臂组件的质量偏心并减小了质量不平衡。

图4是沿图2或图3的线4-4的公差环的剖视图，示出了根据本发明的一个实施例的切口特征。钩形突出片27和29彼此接合而封闭形成在第一突出片15与第二突出片17之间的间隙21(图1)。通常，间隙21使公差环在运输和搬运期间能容易地联锁。分开联锁的公差环是费时、昂贵的并且可能使公差环遭受搬运损坏。因此，通过消除此间隙21，公差环25或37具有在运输和搬运期间不与另外的公差环25或37缠结或联锁在一起的附加优点。

图5是根据本发明的另一实施例的公差环47的透视图。孔51是形成在圆柱体13中的空腔，其至少大得足以接收相对端上的突出片49。公差环47的此突出片49和孔51的特征改进了致动器臂组件的质量偏心并减小了质量不平衡。突出片49具有空腔或开口53以补偿由突出片49的附加材料导致的公差环47的一侧上的质量增加。可以想像到，突出片49能够具有可被相对端上的配合孔520接收的任何构造。

图5还示出了用于接触部23的可选构造。接触部23沿平坦基部13的表面成多行布置。

图6和图7示出了沿图5的线6-6的公差环47的可选剖视图。突出片49与孔51可拆装地接合。图6显示了与圆柱体13相切的突出片49构造。图7示出了具有凸缘55的可选突出片49构造以固定地联接边缘15和17。通过消除间隙21，公差环47具有在运输和搬运期间不与另外的公差环47缠结或联锁在一起的附加优点。

可以认识到的是，能使用多种可选的突出片和孔构造，同时改进致动器臂组件的质量偏心并减小质量不平衡。例如，公差环47能具有与多个孔配合的多个突出片。

图8显示了具有两个突出片59的公差环57的透视图，两个突出片59可与两个孔61可拆装地接合。突出片59以与图6和图7中所述相同的方式与孔61配合。突出片59夹在或钩在孔61的边缘上，如图9和图10中所示。突出片59能具有L形或U形的凸缘63，该凸缘63钩在位于圆柱体13的表面中的孔61的边缘上。通过消除间隙21，改进了环的质量偏心，并且具有生产出在运输和搬运期间不与另外的公差环47缠结或联锁在一起的环的附加优点。

图11是具有用于基部的质量偏心控制的切口特征的公差环65的透视图。沿圆柱体13，公差环65能具有总体显示为67的一个或多个切口或孔。孔67的数量和尺寸是质量分布的函数。孔67的功能是提供基本平衡且非偏心的公差环65。可以想像到，孔67能具有不同的形状，诸如但不限于：圆形、方形、三角形、多边形或矩形。类似地，孔67能沿圆柱体13分布在一行或多行上。

图12是具有用于基部的质量偏心控制的切口特征的公差环69的透视图。公差环69能具有绕圆柱体13的表面成两行或多行布置的接触部23，沿圆柱体13，公差环69具有总体显示为71的孔。孔71的数量和尺寸是质量分布的函数。孔71的功能是提供基本平衡和非偏心的公差环69。可以预想到的是，孔71能具有不同的形状，诸如但不限于圆形、方形、三角形、多边形或矩形。类似地，孔71能沿圆柱体13分布在一行或多行上。

本领域的技术人员可以理解，在不偏离本发明的目的的情况下能使用此处描述的实施例的任意组合。例如，公差环能具有与突出片49和孔51相结合的孔67或71。类似地，公差环能具有与多个突出片59和多个孔61相结合的孔67或71。公差环能具有与钩形突出片27和29一起的孔67或71。所述实施例的所有组合都能用来减小致动器臂组件的质量不平衡并改进质量偏心。

Claims (20)

1.一种公差环，包括：

圆柱体，所述圆柱体在两端之间具有预定长度，并且沿所述圆柱体的所述预定长度有一间隙，所述间隙具有第一边缘和第二边缘，所述圆柱体具有位于所述圆柱体的表面中的孔。

2.根据权利要求1所述的公差环，还包括多个接触部，每个接触部都从所述圆柱体突出一径向距离。

3.根据权利要求1所述的公差环，还包括第一突出片，所述第一突出片从所述间隙的所述第一边缘突出并与所述间隙的所述第二边缘重叠。

4.根据权利要求1所述的公差环，其中所述孔沿着所述圆柱体的所述长度延伸并且减小所述公差环的质量不平衡。

5.根据权利要求3所述的公差环，其中所述第一突出片能够与所述圆柱体的所述表面中的所述孔接合。

6.根据权利要求3所述的公差环，其中所述第一突出片具有L形的凸缘，用以钩在所述圆柱体的所述表面中的所述孔的边缘上。

7.根据权利要求3所述的公差环，其中所述第一突出片具有U形的凸缘，用以钩在所述圆柱体的所述表面中的所述孔的边缘上。

8.根据权利要求3所述的公差环，还包括从所述间隙的所述第二边缘突出的第二突出片，并且所述第二突出片联接到所述第一边缘上的所述第一突出片。

9.根据权利要求8所述的公差环，其中所述第一突出片具有钩形末端，所述钩形末端适于联接到所述第二突出片的钩形末端。

10.一种公差环，包括：

圆柱体，所述圆柱体在两端之间具有预定长度，并且沿所述圆柱体的所述预定长度有一间隙，所述间隙具有第一边缘和第二边缘；以及

第一突出片，所述第一突出片从所述间隙的所述第一边缘突出并且在所述间隙的所述第二边缘处联接到所述圆柱体。

11.根据权利要求10所述的公差环，还包括从所述间隙的所述第二边缘突出的第二突出片，所述第二突出片联接到所述第一边缘上的所述第一突出片。

12.根据权利要求11所述的公差环，其中所述第一突出片具有钩形末端，所述钩形末端适于联接到所述第二突出片的钩形末端。

13.根据权利要求11所述的公差环，其中所述第一突出片能够与所述第二突出片接合。

14.根据权利要求10所述的公差环，还包括位于所述圆柱体的所述表面中的用于减小所述圆柱体中的质量不平衡的孔。

15.根据权利要求10所述的公差环，还包括位于所述圆柱体的所述表面中、沿所述第二边缘的用于接收所述第一突出片的孔。

16.根据权利要求15所述的公差环，其中所述第一突出片具有L形的凸缘，用以钩在位于所述圆柱体的所述表面中的所述孔的边缘上。

17.根据权利要求15所述的公差环，其中所述第一突出片具有U形的凸缘，用以钩在位于所述圆柱体的所述表面中的所述孔的边缘上。

18.一种构造为改进致动器的质量偏心并减小质量不平衡的公差环，包括：

圆柱体，所述圆柱体在两端之间具有预定长度，并且沿所述圆柱体的所述预定长度有一间隙，所述间隙具有第一边缘和第二边缘，所述圆柱体具有至少一个位于所述圆柱体的表面中的空腔，用以减小所述圆柱体的质量不平衡。

19.根据权利要求18所述的公差环，其中所述公差环由300系列的不锈钢制成。

20.根据权利要求18所述的公差环，还包括多个接触部，每个接触部均从所述圆柱体突出一径向距离。

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