專利名稱：一種單(雙)翼式氣/液兩相復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精密回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種單(雙)翼式氣/ 液兩相復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)方法與裝置。
背景技術(shù)：
回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)是精密/超精密測(cè)量?jī)x器、試驗(yàn)裝備與制造裝備中的核心技術(shù) 單元之一。氣浮軸系由于具有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度高、位移靈敏度高以及摩擦損 耗極小等優(yōu)點(diǎn)，作為高精度回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)已越來(lái)越多的應(yīng)用于上述設(shè)備中。
目前常用的氣浮軸系結(jié)構(gòu)主要由氣浮主軸和氣浮軸套兩部分組成，當(dāng) 在軸向和徑向構(gòu)建氣膜間隙以形成氣體支承和潤(rùn)滑后，氣浮主軸帶動(dòng)負(fù)載 在氣浮軸套內(nèi)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。隨著對(duì)回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)使用要求越來(lái)越高，該類結(jié)構(gòu)
的氣浮軸系在實(shí)際應(yīng)用中存在的突出問題表現(xiàn)在由于系統(tǒng)內(nèi)中、高頻微 振動(dòng)分量的存在，破壞了氣浮主軸及其負(fù)載組成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和 靜態(tài)特性，使得回轉(zhuǎn)體的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、重復(fù)性和定位可靠性較差，表現(xiàn)在 氣浮主軸的軸向和徑向運(yùn)動(dòng)軌跡平滑性差，在定位狀態(tài)下存在著漂移和微: 抖動(dòng)現(xiàn)象，其主要原因?yàn)闅飧≥S系構(gòu)成的回轉(zhuǎn)體的阻尼極小。
為抑制氣浮軸系內(nèi)中、高頻微振動(dòng)分量的產(chǎn)生，提高回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)穩(wěn) 定性、重復(fù)性及定位可靠性，眾多學(xué)者和工程技術(shù)人員做了很多有益嘗試。
專利200710098789.9 "—種空氣軸^c" ^是出了 一種在空氣軸^c的中部 區(qū)域設(shè)計(jì)一個(gè)由上腔室和下腔室及阻尼孔組成的類似空氣彈簧雙腔室的結(jié) 構(gòu)，當(dāng)空氣軸承發(fā)生上、下振動(dòng)時(shí)，中部的壓力空氣經(jīng)過阻尼孔在兩個(gè)腔 室中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生與空氣彈簧一樣的能量耗散機(jī)制,從而提升空氣軸承 的阻尼能力。該方法是一種間接阻尼，仍利用氣體的可壓縮性構(gòu)建阻尼效 應(yīng)，因此存在著較大的時(shí)間常數(shù)和過渡過程，對(duì)回轉(zhuǎn)體振動(dòng)的抑制作用不 明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述已有技術(shù)存在的問題，提出了將氣體潤(rùn)滑 回轉(zhuǎn)技術(shù)與液體阻尼技術(shù)復(fù)合使用的單(雙)翼式氣/液兩相復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)
方法，即利用氣體潤(rùn)滑確?；剞D(zhuǎn)精度，同時(shí)在氣浮主軸的上端、或下端，
或在上、下兩端同時(shí)i殳置液體阻尼系統(tǒng)，并通過優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，達(dá)到顯 著減小或消除中、高頻微振動(dòng)分量，提高回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、重復(fù)性 及定位可靠性的目的。本發(fā)明還提供了一種基于上述方法的單(雙)翼式 氣/液兩相復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)裝置。
上述目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種單(雙)翼式氣/液兩相復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)方法，該方法將氣體潤(rùn)滑回 轉(zhuǎn)技術(shù)與液體阻尼技術(shù)復(fù)合使用，利用氣體潤(rùn)滑技術(shù)誤差平均效應(yīng)顯著的 優(yōu)勢(shì)，確保回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)的回轉(zhuǎn)精度；同時(shí)利用粘滯液體對(duì)回轉(zhuǎn)體振動(dòng)分量的 阻尼或能量吸收效應(yīng)顯著的特點(diǎn)，抑制回轉(zhuǎn)體中、高頻微振的產(chǎn)生，提高 回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、重復(fù)性和定位可靠性；并通過系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使 復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)同時(shí)兼有很高的回轉(zhuǎn)精度、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、重復(fù)性和定位可靠 性。
一種基于上述方法的單(雙)翼式氣/液兩相復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)裝置，包括 由氣浮主軸和氣浮軸套構(gòu)成的氣浮軸系，氣浮主軸在氣浮軸套內(nèi)作回轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)，由該部分裝置保證回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度；該裝置在氣浮主軸的上端、或下端、 或上、下兩端同時(shí)配裝有粘滯系數(shù)適當(dāng)?shù)囊后w阻尼系統(tǒng)，該液體阻尼系統(tǒng) 由阻尼片組及與其相配合使用的液體槽構(gòu)成，其中液體槽固定在基座上， 阻尼片組浸入在液體槽內(nèi)，通過連桿和過渡部件安裝在氣浮主軸的上端、 或下端、或上、下兩端部，并與氣浮主軸固連為一體，隨氣浮主軸同步回 轉(zhuǎn)；阻尼液體的粘度根據(jù)回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及微振動(dòng)特性進(jìn)行合理設(shè)計(jì)， 該部分裝置通過阻尼液對(duì)阻尼振動(dòng)能量的吸收和對(duì)回轉(zhuǎn)體徑向與軸向微振 動(dòng)的抑制作用，顯著減小或消除回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的中、高頻振動(dòng)分量。
液體槽為中空的圓筒形或?qū)ΨQ回轉(zhuǎn)體形；阻尼片組呈環(huán)形均布配置在
液體槽內(nèi)。
本發(fā)明方法具有以下特點(diǎn)及有益效果
本發(fā)明將氣體潤(rùn)滑技術(shù)與液體阻尼技術(shù)這兩個(gè)原本相互獨(dú)立的技術(shù)有
機(jī)的復(fù)合為一體，并使其功能與結(jié)構(gòu)相融合，利用氣體潤(rùn)滑誤差平均效應(yīng)
顯著的優(yōu)勢(shì)，能夠確保復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)具有很高的回轉(zhuǎn)精度；且因氣體潤(rùn)滑 具有極小的摩擦，能夠確保復(fù)合回準(zhǔn)基準(zhǔn)同時(shí)具有很高的位移靈敏度；同 時(shí)利用粘滯液體對(duì)回轉(zhuǎn)體振動(dòng)分量的阻尼或能量吸收效應(yīng)顯著的特點(diǎn)，抑 制回轉(zhuǎn)體中、高頻微振的產(chǎn)生，提高回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、重復(fù)性和定 位可靠性；可建立一種同時(shí)兼有很高的回轉(zhuǎn)精度、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、重復(fù)性和 定位可靠性的回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)。
采用上述技術(shù)后，本發(fā)明裝置具有如下顯著特點(diǎn)
1、 氣/液兩相復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)同時(shí)兼有氣體潤(rùn)滑和液體阻尼二者的優(yōu)勢(shì)， 克服了現(xiàn)有氣浮軸系作為高精度回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)時(shí)存在的中、高頻軸向竄動(dòng)和徑 向振動(dòng)，顯著提高了回轉(zhuǎn)精度，這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)之一；
2、 氣/液兩相復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)顯著增大了回轉(zhuǎn)體的阻尼作用，提高了運(yùn) 動(dòng)軌跡的平滑性，克服了現(xiàn)有氣浮軸系作為回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)時(shí)存在的單周運(yùn)動(dòng)穩(wěn) 定性和多周運(yùn)動(dòng)軌跡重復(fù)性差的缺陷，解決了長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)法對(duì)氣浮軸系進(jìn) 行誤差分離的難題，這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)之二 ；
3 、氣/液兩相復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)彌補(bǔ)了現(xiàn)有氣浮氣浮軸系作為回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)時(shí) 存在的靜態(tài)特性差的不足，克服了定位過程中出現(xiàn)的漂移和抖動(dòng)現(xiàn)象，顯 著提高了回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)的定位可靠性，這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)之三。
本發(fā)明所建立的回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)裝置用途廣泛，尤其適用于津f密/超精密測(cè)量 儀器、試驗(yàn)裝備與制造裝備。


圖1為配置"工"字形氣浮主軸的單(雙)翼式氣/液兩相復(fù)合回轉(zhuǎn)基 準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1中阻尼片組在液體槽中的結(jié)構(gòu)布置示意圖3為阻尼片組上、下移動(dòng)時(shí)阻尼液體流動(dòng)示意圖4為"T"字形氣浮主軸上端設(shè)置液體阻尼結(jié)構(gòu)示意圖5為"T"字形氣浮主軸下端設(shè)置液體阻尼結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、氣浮主軸；2、過渡部件；3、阻尼片組；4、液體槽；5、氣浮軸套；6、連桿；7、基座；W、負(fù)載。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的方法與裝置實(shí)施例作詳細(xì)說明。 實(shí)施例1:
如圖l所示，為配置"工"字形氣浮主軸的氣/液兩相復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)裝 置結(jié)構(gòu)配置圖，氣浮軸套5固定于儀器基座7等穩(wěn)固的基體上，氣浮主軸 1與氣浮軸套5組成氣浮軸系的基本結(jié)構(gòu)，在氣浮主軸1與氣浮軸套5之 間構(gòu)建軸向和徑向氣膜間隙，當(dāng)在氣膜間隙內(nèi)充滿壓力氣體后，形成氣體 支承與潤(rùn)滑，氣浮主軸1可帶動(dòng)負(fù)載W在氣浮軸套5內(nèi)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。利用氣 體的自潤(rùn)滑特性，使回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)具有極小的摩擦，可保證回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)具有高的 位移靈敏度；利用氣膜的平均效應(yīng)，可保證高的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度。
為克服運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)軸向和徑向上中、高頻微振動(dòng)，在氣浮主軸1的上端 和下端同時(shí)設(shè)置液體阻尼系統(tǒng)，設(shè)置于上端的液體阻尼系統(tǒng)主要由阻尼片 組3及與其相配合的液體槽4構(gòu)成，其中，液體槽4設(shè)計(jì)為中空的圓筒形， 液體槽4中充入指定粘滯系數(shù)的阻尼液體，并固定于基座7上；阻尼片組 3浸入在液體槽4內(nèi)，通過連桿6和過渡部件2安裝在氣浮主軸1的上端 部，并與氣浮主軸1固連為一體，且隨氣浮主軸1在氣浮軸套5內(nèi)同步回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)三點(diǎn)確定一個(gè)平面的原理，為了保證氣浮主軸1運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn) 性，阻尼片組3在液體槽4內(nèi)沿圓周方向以120°間隔均勻分布設(shè)置，分 布示意圖如圖2所示；同理，在氣浮主軸1的下端部配置同樣的液體阻尼 系統(tǒng)，包括過渡部件2、連桿6、阻尼片組3和液體槽4，與氣浮主軸l上 端的液體阻尼系統(tǒng)共同作用形成雙翼式阻尼結(jié)構(gòu)。
氣/液兩相復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)工作原理及工作過程為在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用 下，氣浮主軸1帶動(dòng)負(fù)載W在氣浮軸套'5內(nèi)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，與氣浮主軸1固連 的阻尼片組3同步回轉(zhuǎn)，當(dāng)氣浮主軸1等回轉(zhuǎn)體發(fā)生微振動(dòng)時(shí)，氣浮主軸 1在軸向和徑向上偏離原來(lái)的平銜二位置，如氣浮主軸1在氣浮軸套5內(nèi)上、 下振動(dòng)時(shí)，將帶動(dòng)阻尼片組3在液體槽4內(nèi)同步上、下移動(dòng)，阻尼液體反 復(fù)在阻尼片組3與液體槽4內(nèi)壁形成的狹縫中上、下流動(dòng)，因阻尼片組3
與阻尼液體間的摩擦和液體分子間的內(nèi)摩擦對(duì)振動(dòng)形成阻尼力，使振動(dòng)能
量轉(zhuǎn)化為液體熱能，再由液體4吸收散發(fā)到大氣中，并且阻尼力隨振動(dòng)的 運(yùn)動(dòng)速度和幅度跟隨增減，進(jìn)而可有效抑制微振動(dòng)的振動(dòng)頻率和振動(dòng)幅度； 同樣，依此原理，對(duì)于徑向振動(dòng)，液體阻尼系統(tǒng)亦能進(jìn)行顯著的抑制或衰 減。
為保證氣浮主軸1的使用精度，氣浮主軸1和氣浮軸套5制造材料的 選擇十分重要，選擇材料時(shí)主要應(yīng)考慮材料穩(wěn)定性、防腐性、熱膨脹、機(jī) 械加工性能以及高的耐磨性，因此本裝置選擇經(jīng)過自然界上萬(wàn)年老化沉積、 應(yīng)力釋放完全的"濟(jì)南青"花崗巖，也可采用特殊合金或陶瓷材料制作， 以獲得極佳的幾何穩(wěn)定性。此外氣浮主軸1和氣浮軸套5的相互配合工作 面均通過超精研磨工藝使氣浮工作面達(dá)到深亞微米級(jí)形狀精度和位置精 度，同時(shí)達(dá)到十幾納米級(jí)表面粗糙度，使表面具有極高的氣體平均效應(yīng)和 抗腐蝕性。另外，對(duì)于阻尼液體的選擇，可使用阻尼器中常用的硅油，因 其具有非常寬的粘度范圍，可很好的滿足回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)中對(duì)阻尼粘滯系數(shù)的不 同需求。
實(shí)施例2:
圖4為"T"字形氣浮主軸上端設(shè)置液體阻尼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置圖，其工作 原理及產(chǎn)生的阻尼效果同實(shí)施例1類似。 實(shí)施例3:
圖5為"T"字形氣浮主軸下端設(shè)置液體阻尼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置圖，其工作 原理及產(chǎn)生的阻尼效果同實(shí)施例1類似。
權(quán)利要求
1、一種單(雙)翼式氣/液兩相復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)方法，其特征在于該方法將氣體潤(rùn)滑回轉(zhuǎn)技術(shù)與液體阻尼技術(shù)復(fù)合使用，利用氣體潤(rùn)滑技術(shù)誤差平均效應(yīng)顯著的優(yōu)勢(shì)，確?；剞D(zhuǎn)基準(zhǔn)的回轉(zhuǎn)精度；同時(shí)利用粘滯液體對(duì)回轉(zhuǎn)體振動(dòng)分量的阻尼或能量吸收效應(yīng)顯著的特點(diǎn)，抑制回轉(zhuǎn)體中、高頻微振的產(chǎn)生，提高回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、重復(fù)性和定位可靠性。
2、 一種單(雙)翼式氣/液兩相復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)裝置，包括由氣浮主軸(1) 和氣浮軸套(5)構(gòu)成的氣浮軸系，其特征在于在氣浮主軸(1)的上端、 或下端或上、下兩端同時(shí)配裝有粘滯系數(shù)適當(dāng)?shù)囊后w阻尼系統(tǒng)，該液體阻 尼系統(tǒng)由阻尼片組(3)及與其相配合使用的液體槽(4)構(gòu)成，其中液體 槽(4)固定在基座(7)上，阻尼片組(3)浸入在液體槽(4)內(nèi)，通過 連桿(6)和過渡部件(2)安裝在氣浮主軸(1)的上端、或下端、或上、 下兩端部，并與氣浮主軸(1)固連為一體。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單(雙)翼式氣/液兩相復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn) 裝置，其特征在于液體槽(4)為中空的圓筒形或?qū)ΨQ回轉(zhuǎn)體形。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單(雙)翼式氣/液兩相復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn) 裝置，其特征在于阻尼片組(3)呈環(huán)形均布配置在液體槽(4)內(nèi)。
全文摘要
單(雙)翼式氣/液兩相復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)方法與裝置屬于精密回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)域；該方法將氣體潤(rùn)滑回轉(zhuǎn)技術(shù)與液體阻尼技術(shù)復(fù)合使用，利用氣體潤(rùn)滑技術(shù)誤差平均效應(yīng)顯著的優(yōu)勢(shì)，確?；剞D(zhuǎn)基準(zhǔn)的回轉(zhuǎn)精度；同時(shí)利用粘滯液體對(duì)回轉(zhuǎn)體振動(dòng)分量的阻尼或能量吸收效應(yīng)顯著的特點(diǎn)，抑制回轉(zhuǎn)體中、高頻微振的產(chǎn)生，提高回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、重復(fù)性和定位可靠性；其裝置在氣浮主軸的上端、或下端或上、下兩端同時(shí)配裝有粘滯系數(shù)適當(dāng)?shù)囊后w阻尼系統(tǒng)；本發(fā)明可建立一種同時(shí)兼顧高回轉(zhuǎn)精度、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、重復(fù)性及定位可靠性的復(fù)合回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)。
文檔編號(hào)F16C32/06GK101338791SQ20081013690
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月13日
發(fā)明者楊文國(guó), 譚久彬, 金國(guó)良, 黃景志 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)