一種主動控制氣體軸承姿態的裝置的製作方法

2023-05-06 03:43:21

專利名稱：一種主動控制氣體軸承姿態的裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於氣體軸承技術，具體涉及一種主動控制氣體軸承姿態的裝置。
背景技術：
由於氣體這種流體本身具有粘度低，可壓縮性等特性，因此以氣體為 潤滑介質的氣體軸承具有①摩擦損耗小，速度高且高速運動溫升小；②運 動平滑，精度高，低速運動無爬行；③耐高溫、低溫及原子輻射的能力； ④無汙染，壽命長，結構簡單等優點，所以氣體潤滑技術廣泛應用於超精 密加工領域。特別地，目前的超精密定位工作檯(定位精度達到微米級乃 至納米級)絕大部分都是基於氣浮支承技術和直線電動機驅動技術的。
但是氣體軸承具有承載小、剛度低，可靠性差，製造精度高、造價貴
等缺點。因此，在工程應用中，需要採取各種措施來克服這些缺點，以提 高工作檯的精度和可靠性，降低製造成本。
另外，傳統的精密工作檯沿運動方向的直線度誤差主要由氣浮導軌的 直線度和平整度決定，不具備誤差補償環節，因此對導軌的製造精度要求 很高，成本相應也很高，並且工作檯運動的直線度誤差很難控制。

發明內容
本發明的目的在於提供一種主動控制氣體軸承姿態的裝置，該裝置可 以靈活調整主動軸承的姿態，並提高軸承的穩定性和承載能力。本發明提供的主動控制氣體軸承姿態的裝置，其特徵在於該裝置包 括隨動氣體軸承和主動氣體軸承，二者上下相對安裝，兩個氣體軸承通過 壓縮彈簧隔開並預緊，壓縮彈簧的兩端分別通過球形關節與兩個氣體軸承 連接；兩個氣體軸承的四個角上均裝有上、下位置相對的圓柱，各圓柱均 為磁性材料，隨動氣體軸承上的四個圓柱上均繞有線圈。
本發明裝置裝有兩個相對的氣浮軸承，兩個軸承在運動過程中保持同 步。下面的主動軸承用來承受外部載荷，上面的隨動軸承跟隨主動軸承運 動；兩軸承靠中心的高剛度壓縮彈簧隔開。主動和隨動軸承之間設有四對 相互吸引的磁性圓柱，通過調整各對圓柱間的吸力大小，從而可以靈活調 整主動軸承的姿態。具體而言，本發明具有以下技術特點
(1) 通過靈活適當地調整主動軸承的姿態，可以提高軸承在高速運動 下的承載能力，也可以進行誤差補償，降低運動中的直線度誤差，降低導 軌的製造成本，另外還可以提高軸承的穩定性。
(2) 當裝置高速運動時，分別控制各對圓柱間吸力，調整軸承姿態， 使主動軸承的氣膜間隙變成楔形間隙，以形成動壓分布，主動軸承變成動 壓、靜壓結合，提高軸承的承載能力。
(3) 通過先測量整個裝置在運動過程中的直線度誤差，然後可以根據 所測得的誤差實時調整軸承的姿態，進行誤差補償。這樣，可以降低對氣 浮導軌的直線度和平整度要求，降低其製造成本，而且還可以降低工作檯 在運動方向上的直線度誤差。
(4) 本發明裝置可.以通過調整姿態來有效地避免軸承發生"氣錘"現 象(氣體軸承的一種自激振動)，提高軸承的穩定性。


圖1為本發明裝置的結構示意4圖2為圖1的A-A剖視圖3為裝置向右高速運動時軸承姿態調節示意圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發明進一步說明。
如圖1所示，本發明裝置的結構為氣體軸承5、 5，上、下相對安裝，
上軸承5，是隨動軸承，下軸承5是主動軸承，兩軸承通過大剛度壓縮彈簧 13隔開並預緊，大的預緊力使主動和隨動軸承的氣膜厚度保持在一定範圍 內，在此範圍內軸承有大的剛度。壓縮彈簧13的兩端固連在球形關節6、 6， 的球體上，球形關節6、 6'的球體分別安裝在主動軸承5和隨動軸承5'的球 窩14、 14'內，兩軸承可繞球形關節轉動。主動軸承5上表面的四個角上裝 有四個圓柱l、 2、 3、 4,隨動軸承5'下表面的四個角上裝有四個圓柱1'、 2，、 3，、 4，，且圓柱l、 2、 3、 4分別和圓柱1'、 2，、 3，、 4'相對，所有圓柱 的材料均是磁性的(如鐵鎳合金)。'隨動軸承5'的四個圓柱l'、 2'、 3'、 4' 上分別繞有線圈9、 10、 11、 12，線圈9、 10、 11、 12分別通有電流L、 12、 L、 14，可以通過控制通電電流L、 12、 L、 Lt的大小，來改變兩軸承間相對 的四對圓柱的吸力的大小。整個裝置沿氣浮導軌7、 7'滑動，氣浮導軌的平 整度、直線度要求比較高；軸承5、 5'和導軌7、 7'之間形成了氣膜間隙8、 8'，氣膜間隙內存在氣壓分布以承受外載，其厚度一般在l(Him左右。
如圖2，當整個裝置向右高速運動時，圓柱3'、 4'上的線圈11、 12分 別通以較小的電流l3、 I"圓柱1'、 2'上的線圈9、 IO分別通以較大的電流 L、 12，因此圓柱對3和3'、 4和4'之間的吸力較小，圓柱對1禾B1'、2和2' 之間的吸力較大，主動軸承將呈現如圖2所示的姿態，氣膜間隙變為如圖 所示的楔形間隙(左高右低)。運動過程中楔形間隙內將形成動壓氣膜，裝 置的速度越高，動壓就越大。主動軸承變成動壓、靜壓結合，即混合軸承， 承載能力加大。而當裝置向左運動時，電流L、 L較小，h、 14較大，楔形間隙變為左低右高，以形成動壓。
當裝置低速運動時，或者負載很小時，四個線圈中通以相同大小的電 流，四個圓柱對的吸力大小相同，氣膜間隙將保持平行，動壓不起作用， 此時主動軸承是靜壓軸承。
所有電流的大小由控制系統控制，通過對線圈輸入不同的通電電流， 控制四對圓柱吸力的大小，使主動軸承繞球形關節呈現不同的姿態，以適 應不同工況的要求。
以上所述為本發明的較佳實施例而已，但本發明不應該局限於該實施 例和附圖所公開的內容。所以凡是不脫離本發明所公開的精神下完成的等 效或修改，都落入本發明保護的範圍。
權利要求
1、一種主動控制氣體軸承姿態的裝置，其特徵在於該裝置包括隨動氣體軸承和主動氣體軸承，二者上下相對安裝，兩個氣體軸承通過壓縮彈簧隔開並預緊，壓縮彈簧的兩端分別通過球形關節與兩個氣體軸承連接；兩個氣體軸承的四個角上均裝有上、下位置相對的圓柱，各圓柱均為磁性材料，隨動氣體軸承上的四個圓柱上均繞有線圈。
全文摘要
本發明公開了一種主動控制氣體軸承姿態的裝置，該裝置包括隨動氣體軸承和主動氣體軸承，二者上下相對安裝，兩個氣體軸承通過壓縮彈簧隔開並預緊，壓縮彈簧的兩端分別通過球形關節與兩個氣體軸承連接；兩個氣體軸承的四個角上均裝有上、下位置相對的圓柱，各圓柱均為磁性材料，隨動氣體軸承上的四個圓柱上均繞有線圈。該裝置通過改變線圈的通電電流大小來改變各對圓柱間的吸力大小，從而可以靈活調整主動軸承的姿態，以適應不同工況的要求。
文檔編號F16C32/04GK101561013SQ20091006230
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月30日 優先權日2009年5月30日
發明者馮二彬, 葉燚璽, 房曉文, 曾理湛, 李小平, 欣 羅, 陳學東, 馬波琪, 鮑秀蘭 申請人:華中科技大學