專利名稱：一種單腔多孔式節(jié)流結(jié)構(gòu)的氣體軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于靜壓氣體軸承技術(shù)，具體涉及一種單腔多孔式節(jié)流結(jié)構(gòu)的氣體軸承。 這種氣體軸承，尤其適用于超精密運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
靜壓氣體軸承是支承超精密運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)元件，其穩(wěn)定性是制約機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度 的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的精密運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由于多由接觸式運(yùn)動(dòng)副和剛性結(jié)構(gòu)組成，摩擦、發(fā)熱及振動(dòng)傳 遞等因素制約了這類機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性，目前這類機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度只能達(dá)到微米級(jí)， 無法滿足目前許多納米級(jí)精密制造裝備的需求。因此，以氣體軸承取代機(jī)械接觸式的運(yùn)動(dòng) 副是超精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)特征，氣體軸承的應(yīng)用能有效減小摩擦、發(fā)熱和振動(dòng)傳遞 對(duì)系統(tǒng)精度的影響。靜壓氣體軸承的工作原理是通過氣源向氣浮支承供給壓力氣體，在氣體軸承和支 撐平臺(tái)之間形成一層氣體薄膜，實(shí)現(xiàn)支承和潤滑的功能。其中，輸入氣體軸承的壓力氣體首 先會(huì)通過軸承中的一個(gè)小孔，該小孔起限制氣流的作用，又稱作“節(jié)流器”，該節(jié)流器對(duì)于氣 體軸承的性能起著至關(guān)重要的作用，是氣體軸承設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的部分之一。根據(jù)節(jié)流方式不同，靜壓式氣體軸承的節(jié)流器又可分為單小孔節(jié)流器和多孔介質(zhì) 節(jié)流器。由于多孔介質(zhì)的孔隙是由材料自身屬性決定的，材料上的小孔分布不規(guī)則，孔徑僅 幾十個(gè)納米，實(shí)際應(yīng)用中容易堵塞，并且這種材料由于材料的個(gè)體差異使得其力學(xué)性能難 以預(yù)測，所以單小孔方式是氣浮支承目前常用的節(jié)流方式。但是，隨著超精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)精度要求的不斷提高，單小孔式節(jié)流結(jié)構(gòu)氣體軸承內(nèi) 部由復(fù)雜氣體流動(dòng)引起的振動(dòng)影響越來越明顯，逐漸制約超精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)精度的提升。因 此，目前需要一種高穩(wěn)定性的氣體軸承。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種單腔多孔式節(jié)流結(jié)構(gòu)的氣體軸承，所述氣體軸承在保證與單腔小孔節(jié)流氣體軸承具有相似承載能力和剛度性能的基礎(chǔ)上，能有效減小單腔小孔 節(jié)流氣浮支承中由于壓力腔內(nèi)復(fù)雜氣體流動(dòng)引起的振動(dòng)，該氣體軸承具有良好的穩(wěn)定性和 力學(xué)性能。
本發(fā)明提供的一種單腔多孔式節(jié)流結(jié)構(gòu)的氣體軸承，其特征在于在氣體軸承上開有 中心孔，該中心孔內(nèi)鑲嵌有圓柱體，該圓柱體的直徑為5 10mm，長度為0. 1 2mm，該圓柱 體上開有微型孔陣列，微型孔的孔徑為1 100 μ m，微型孔陣列構(gòu)成節(jié)流器，中心孔的上端 開有一個(gè)圓柱體腔作為進(jìn)氣腔，中心孔的下端開有一個(gè)圓柱體腔作為壓力腔，壓力腔與進(jìn) 氣腔的直徑具有相同量級(jí)，為1 10mm，壓力腔的深度為0. 01 0. 5mm。
本發(fā)明提供的這種單腔多孔式節(jié)流結(jié)構(gòu)的氣體軸承具有很多優(yōu)點(diǎn)。多孔結(jié)構(gòu)可以保證某個(gè)或者某幾個(gè)微型孔的堵塞都不會(huì)阻斷氣流，氣體軸承不容易失效，安全性得到提高；氣體流經(jīng)多條通道，變得更細(xì)、更均勻，流出的氣流更加穩(wěn)定，使氣體軸承的承載能力更強(qiáng)，穩(wěn) 定性更高。


圖1為一種具有單腔多孔式節(jié)流結(jié)構(gòu)的靜壓止推氣體軸承俯視示意圖。圖2為圖1中放大的節(jié)流器俯視示意圖。圖3為該靜壓止推氣體軸承工作時(shí)的截面示意圖。圖4本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)例的正視示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過借助實(shí)施例和附圖更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，但以下實(shí)施例僅是說明性 的，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受這些實(shí)施例的限制。如圖1所示，在氣體軸承體1的中心開一個(gè)孔，用于鑲嵌開有微型孔陣列的圓柱 體。圓柱體直徑為5 10mm，長度0. 1 2mm，微型孔孔徑為1 100 μ m,微型孔孔徑與氣 體軸承工作時(shí)的氣膜間隙具有相同的量級(jí)。這個(gè)微型孔陣列構(gòu)成了氣體軸承的節(jié)流器3，在 該中心孔的上下端分別開有一個(gè)圓柱體腔，分別稱之為進(jìn)氣腔4和壓力腔2。壓力腔2與進(jìn) 氣腔4的直徑一般具有相同的量級(jí)，為1 10mm，壓力腔2的深度為0. 01 0. 5mm。圖2是節(jié)流器的放大示意圖，微型孔的橫截面形狀可以為圓形、方形、三角形 等，本發(fā)明用的是圓形孔。微型孔均勻分布在圓形區(qū)域內(nèi)。如圖3所示，氣體軸承1放置在支撐平臺(tái)6上，壓強(qiáng)為Ps的高壓氣體(由空氣壓 縮機(jī)排出并經(jīng)過凈化)通入氣體軸承的進(jìn)氣腔4，經(jīng)過節(jié)流器3中的微型孔陣列后進(jìn)入壓力 腔2，形成穩(wěn)定的氣流，壓強(qiáng)降至Pd。隨后，氣體由壓力腔2流入所形成的氣膜5內(nèi)，氣膜5 內(nèi)的氣體壓強(qiáng)高于大氣壓，因此保證了氣體軸承具有一定的承載能力。最后氣體到達(dá)軸承 的邊緣并流入大氣，壓強(qiáng)降至大氣壓強(qiáng)Ptlt5通過調(diào)整氣體軸承節(jié)流器中微型孔的孔徑、孔隙 率和長度控制形成氣膜的穩(wěn)定性和壓力分布。圖4所示為一優(yōu)選的應(yīng)用實(shí)例，是一個(gè)超精密平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。導(dǎo)軌動(dòng)子7和導(dǎo)軌 定子8之間采用氣體軸承實(shí)現(xiàn)支承和潤滑，采用直線電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)軌動(dòng)子7和運(yùn)動(dòng)平臺(tái) 11柔性連接，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)11通過氣體軸承10支承在平臺(tái)基座9上。導(dǎo)軌動(dòng)子7運(yùn)動(dòng)時(shí)，能帶 動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)11通過氣體軸承10在支承平臺(tái)9上實(shí)現(xiàn)高精度的運(yùn)動(dòng)。
以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開 的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的 范圍。
權(quán)利要求
一種單腔多孔式節(jié)流結(jié)構(gòu)的氣體軸承，其特征在于在氣體軸承(1)上開有中心孔，該中心孔內(nèi)鑲嵌有圓柱體，該圓柱體的直徑為5～10mm，長度為0.1～2mm，該圓柱體上開有微型孔陣列，微型孔的孔徑為1～100μm，微型孔陣列構(gòu)成節(jié)流器(3)，中心孔的上端開有一個(gè)圓柱體腔作為進(jìn)氣腔(4)，中心孔的下端開有一個(gè)圓柱體腔作為壓力腔2，壓力腔(2)與進(jìn)氣腔(4)的直徑具有相同量級(jí)，為1～10mm，壓力腔(2)的深度為0.01～0.5mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單腔多孔式節(jié)流結(jié)構(gòu)的氣體軸承，其特征在于在氣體軸承上開有中心孔，該中心孔內(nèi)鑲嵌有圓柱體，該圓柱體的直徑為5～10mm，長度為0.1～2mm，該圓柱體上開有微型孔陣列，微型孔的孔徑為1～100μm，微型孔陣列構(gòu)成節(jié)流器，中心孔的上端開有一個(gè)圓柱體腔作為進(jìn)氣腔，中心孔的下端開有一個(gè)圓柱體腔作為壓力腔，壓力腔與進(jìn)氣腔的直徑具有相同量級(jí)，為1～10mm，壓力腔的深度為0.01～0.5mm。這種單腔多孔式節(jié)流結(jié)構(gòu)的氣體軸承具有良好的穩(wěn)定性和力學(xué)性能，能應(yīng)用于各種超精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)納米甚至亞納米精度的運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)F16C32/06GK101825142SQ20101018838
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者葉燚璽, 曾理湛, 羅欣, 陳學(xué)東 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)