CN101813131B

CN101813131B - 二维平面气浮导轨零重力吊架

Info

Publication number: CN101813131B
Application number: CN2010101660320A
Authority: CN
Inventors: 单晓杭; 孙建辉
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2030-05-07
Also published as: CN101813131A

Abstract

一种二维平面气浮导轨零重力吊架，包括两根长距离气浮直线导轨、Y轴气浮轴、Y轴气浮套和悬挂绳，X轴气浮套套装在X轴气浮轴上，X轴气浮套至少有两个，X轴气浮套均与贮气套密封连接，长距离直线导轨上可滑动地安装滑块，滑块与驱动机构传动连接，滑块与X轴气浮轴固定连接，贮气套与X轴气浮轴之间为贮气腔，X轴气浮轴的轴心开有进气通道，进气通道与贮气腔连通，贮气腔设有出气口，出气口通过连接气管与各个X轴气浮套的进气口连通；贮气套与支座固定连接，两个支座分别套装在Y轴气浮轴的两端，Y轴气浮套套装在Y轴气浮轴上，Y轴气浮套与悬挂绳连接。本发明能有效避免摩擦力和惯性力的附加影响、适应高精度场合。

Description

二维平面气浮导轨零重力吊架

技术领域

本发明涉及一种气浮装置，尤其是一种由气浮导轨构成的二维零重力吊架。

背景技术

实现零重力的方法有很多种，可利用自由落体运动过程的零重力环境，也可以利用流体浮力来抵消部分重力作用，但工程中最常用的是在试件的有限结构点上进行重力卸载。根据机构吊点运动轨迹，可将展开装置分为一维吊挂装置(直线运动)和二维吊挂装置(平面运动)。一维吊挂装置吊挂横梁只有一个方向的随动，另一个方向无随动，而二维吊挂横梁必须保证两个方向的随动。本发明主要涉及二维运动的零重力吊挂装置。

目前的采用的方式为直线导轨的滑块上通过掉挂绳直接吊挂。但在高精度测量时，直线导轨与滑块间的摩擦力会对运动件的空间位置和运动产生附加作用力的影响。

另一方面，由于运动件连接到滑块上，滑块及其它吊挂随动部件都有质量，在随动部件跟随运动件运动过程中会产生惯性力，该惯性力就会附加到运动件上，因此随动部件的质量必须尽可能小。

发明内容

为了克服已有的零重力吊架的不能适应高精度场合、受到摩擦力和惯性力的附加影响的不足，本发明提供一种有效避免摩擦力和惯性力的附加影响、适应高精度场合的二维平面气浮导轨零重力吊架。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种二维平面气浮导轨零重力吊架，包括两根长距离气浮直线导轨、Y轴气浮轴、Y轴气浮套和悬挂绳，所述长距离气浮直线导轨包括X轴气浮轴、X轴气浮套和用以提供长距离运动的支撑与导向的长距离直线导轨，所述X轴气浮套套装在所述X轴气浮轴上，所述X轴气浮套至少有两个，所述X轴气浮套均与贮气套密封连接，所述长距离直线导轨上可滑动地安装滑块，所述滑块与驱动机构传动连接，所述滑块与所述X轴气浮轴固定连接，所述贮气套与X轴气浮轴之间为贮气腔，所述X轴气浮轴的轴心开有进气通道，所述进气通道连接压缩气体进气管，所述进气通道与所述贮气腔连通，所述贮气腔设有出气口，所述出气口通过连接气管与各个X轴气浮套的进气口连通；

两根长距离气浮直线导轨的贮气套均与Y轴连接座固定连接，两个Y轴连接座分别套装在所述Y轴气浮轴的两端，所述Y轴气浮套套装在所述Y轴气浮轴上，所述Y轴气浮套与悬挂绳连接，运动件吊装在所述悬挂绳上。

进一步，所述长距离直线导轨的截面呈圆形，所述长距离直线导轨有两根，两根长距离直线导轨平行地套装在所述滑块的两个安装孔；当然，可以根据不同场合的需要，平行地设置三根甚至三根以上长距离直线导轨；上述结构针对的截面采用圆形的情况，该结构能够有效防止滑块转动。

长距离直线导轨的截面也可以采用非圆截面，诸如矩形等，采用非圆截面也可以防止轴转动。

所述的Y轴气浮轴的截面呈非圆截面。诸如矩形等，采用非圆截面也可以防止轴转动。

再进一步，所述X轴气浮轴的两端分别套装X轴气浮轴安装座，所述X轴气浮轴安装座与所述滑块固定连接。

更进一步，所述长距离气浮直线导轨还包括用以判断贮气套偏离X轴气浮轴中间位置是否达到设定值的位置传感器，所述位置传感器安装在X轴气浮轴安装座与两个X轴气浮套之间。

所述位置传感器为霍尔传感器和永磁铁，所述霍尔传感器安装在所述X轴气浮轴安装座上，所述永磁铁安装在两个X轴气浮套靠近X轴气浮轴安装座的外侧。当然，也可以采用诸如光电传感器、光栅编码器之类的其他位置传感器或其它非接触式接近开关。

所述气浮套与贮气套之间通过O型圈对贮气套密封。

本发明采用的基本技术思路为：在吊点跟随机构运动过程中，采用气浮技术以减小摩擦自然就成为一种比较具有优势的方案。直线运动导轨的作用是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动。依按摩擦性质而定，直线运动导轨可以分为滑动摩擦导轨、滚动摩擦导轨、弹性摩擦导轨、流体摩擦导轨等种类。当运动件沿着承导件作直线运动时，承导件上的导轨起支撑和导向的作用，即支承运动件和保证运动件在外力(载荷及运动件本身的重量)的作用下，沿给定的方向进行直线运动。气浮导轨属于直线导轨的一种，是采用压缩气体产生气膜，实现导轨和滑块的无摩擦运动。采用气浮技术具有摩擦阻力小、运动精度高、清洁无污染等特点，近年来在测量仪器、精密机械中得到了广泛的应用。

简单地说，气浮导轨由气浮轴和气浮套组成，气浮套与气浮轴之间的气隙要求为微米级，因此气浮轴的同轴度加工精度要求非常高。另一方面，由于受到重力作用，对气浮轴材料的弯曲刚度要求很高。随着运动件移动距离的增加，气浮轴的长度增加，因为气浮轴是细长杆件，要保证气浮轴长度全长与气浮套之间的间隙，加工难度很大。因此，能应用在长距离场合下气浮轴几乎无法加工。

控制驱动电机旋转，通过牵引绳控制滑块移动，当然，也可以选择滚珠丝杠、同步带或皮带等其他各类常规方式控制滑块移动。根据非接触式位置传感器检测的贮气套位置，主动控制牵引绳带动滑块运动，保证贮气套位于气浮轴中心附近。这样就能够保证Y轴随动部件在长距离移动情况下始终保持无摩擦。

本发明的有益效果主要表现在：有效避免摩擦力和惯性力的附加影响、适应高精度场合。

附图说明

图1是二维平面气浮导轨零重力吊架的外部示意图。

图2是X轴随动部件结构图。

图3是二维平面气浮导轨零重力吊架的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图3，一种二维平面气浮导轨零重力吊架，包括两根长距离气浮直线导轨、Y轴气浮轴、Y轴气浮套和悬挂绳，所述长距离气浮直线导轨包括X轴气浮轴1、X轴气浮套2和用以提供长距离运动的支撑与导向的长距离直线导轨5，所述X轴气浮套2套装在所述X轴气浮轴1上，所述X轴气浮套2至少有两个，所述X轴气浮套2均与贮气套3密封连接，所述长距离直线导轨5上可滑动地安装滑块6，所述滑块6与驱动机构传动连接，所述滑块6与所述X轴气浮轴1固定连接，所述贮气套3与X轴气浮轴1之间为贮气腔，所述气浮轴1的轴心开有进气通道16，进气通道16连接压缩气体进气管，所述进气通道16与所述贮气腔连通，所述贮气腔设有出气口，所述出气口通过连接气管与各个X轴气浮套2的进气口连通；

两根长距离气浮直线导轨5的贮气套均与Y轴连接座15固定连接，两个Y轴连接座15分别套装在所述Y轴气浮轴8的两端，所述Y轴气浮套9套装在所述Y轴气浮轴8上，所述Y轴气浮套9与悬挂绳11连接，运动件10吊装在所述悬挂绳11上。

所述长距离直线导轨5的截面呈圆形，所述长距离直线导轨有两根，两根长距离直线导轨平行地套装在所述滑块的两个安装孔；当然，可以根据不同场合的需要，平行地设置三根甚至三根以上长距离直线导轨；上述结构针对的截面采用圆形的情况，该结构能够有效防止滑块转动。

长距离直线导轨5的截面也可以采用非圆截面，诸如矩形等，采用非圆截面也可以防止轴转动。

所述的Y轴气浮轴8的截面呈非圆截面。诸如矩形等，采用非圆截面也可以防止轴转动。

所述X轴气浮轴1的两端分别套装X轴气浮轴安装座4，所述X轴气浮轴安装座4与所述滑块6固定连接。

所述长距离气浮直线导轨还包括用以判断贮气套偏离X轴气浮轴中间位置是否达到设定值的位置传感器，所述位置传感器安装在X轴气浮轴安装座4与两个X轴气浮套2之间。

所述位置传感器为霍尔传感器14和永磁铁13，所述霍尔传感器14安装在所述X轴气浮轴安装座4上，所述永磁铁13安装在两个X轴气浮套2靠近X轴气浮轴安装座的外侧。当然，也可以采用诸如光电传感器、光栅编码器之类的其他位置传感器或其它非接触式接近开关。

X轴气浮套2与贮气套3间通过O型圈对贮气套密封。

本实施例中，将Y轴气浮轴8固定连接在与X轴气浮套连接的贮气套3上。这样当运动件10沿Y轴运动时，Y轴气浮套9为随动部件，当运动件10沿X轴运动时，X轴气浮套2、贮气套3和Y轴气浮轴8、Y轴气浮套9为随动部件。参照图3，两个X轴方向各有两根长距离直线导轨，驱动电机12有两个，控制驱动电机12旋转，通过牵引绳7控制滑块6沿着两根长距离直线导轨移动，当然，也可以选择滚珠丝杠、同步带或皮带等其他各类常规方式控制滑块6移动。

X轴气浮套2为两个，当X轴气浮轴安装座4沿与X轴气浮轴1轴向平行的方向短距离移动时，随即拖动贮气套3与X轴气浮套2在X轴气浮轴1上轴向随动。当某一方向的位置传感器检测到X轴气浮套2接近后，控制驱动电机14旋转，通过牵引绳7控制滑块6按X轴气浮套2相同运动方向移动，从而保证Y轴连接座15始终位于气浮轴1的中间位置。对于长距离移动的场合，通过牵引绳7带动滑块6移动，由于X轴气浮套2与X轴气浮轴1之间无摩擦运动的特性，滑块的移动过程并不对X轴气浮套2和贮气套3的空间位置及运动造成影响。故而巧妙地将轴向长距离无摩擦移动嫁接到一般直线导轨系统上，由普通直线导轨保证长距离运动精度的同时利用极短气浮导轨实现无摩擦。

同时由于对长距离气浮直线导轨通过X轴气浮轴1的轴心孔供气，再经贮气腔后通过气管给各个X轴气浮套2供气，Y轴连接座15是固定在贮气套上的，因此装置移动时气管弯曲产生的附加力不会传递到贮气套和X轴气浮套2，从而也不会对Y轴连接座15及其所连接的Y轴方向随动部件产生附加力的影响。

Claims

1.一种二维平面气浮导轨零重力吊架，其特征在于：所述零重力吊架包括两根长距离气浮直线导轨、Y轴气浮轴、Y轴气浮套和悬挂绳，所述长距离气浮直线导轨包括X轴气浮轴、X轴气浮套和用以提供长距离运动的支撑与导向的长距离直线导轨，所述X轴气浮套套装在所述X轴气浮轴上，所述X轴气浮套至少有两个，所述X轴气浮套均与贮气套密封连接，所述长距离直线导轨上可滑动地安装滑块，所述滑块与驱动机构传动连接，所述滑块与所述X轴气浮轴固定连接，所述贮气套与X轴气浮轴之间为贮气腔，所述X轴气浮轴的轴心开有进气通道，所述进气通道连接压缩气体进气管，所述进气通道与所述贮气腔连通，所述贮气腔设有出气口，所述出气口通过连接气管与各个X轴气浮套的进气口连通；

2.如权利要求1所述的二维平面气浮导轨零重力吊架，其特征在于：所述长距离直线导轨的截面呈圆形，所述长距离直线导轨有两根，两根长距离直线导轨平行地套装在所述滑块的两个安装孔内。

3.如权利要求1所述的二维平面气浮导轨零重力吊架，其特征在于：所述长距离直线导轨的截面呈非圆截面。

4.如权利要求1～3之一所述的二维平面气浮导轨零重力吊架，其特征在于：所述的Y轴气浮轴的截面呈非圆截面。

5.如权利要求1～3之一所述的二维平面气浮导轨零重力吊架，其特征在于：所述X轴气浮轴的两端分别套装X轴气浮轴安装座，所述X轴气浮轴安装座与所述滑块固定连接。

6.如权利要求5所述的二维平面气浮导轨零重力吊架，其特征在于：所述长距离气浮直线导轨还包括用以判断贮气套偏离X轴气浮轴中间位置是否达到设定值的位置传感器，所述位置传感器安装在X轴气浮轴安装座与两个X轴气浮套之间。

7.如权利要求6所述的二维平面气浮导轨零重力吊架，其特征在于：所述位置传感器为霍尔传感器和永磁铁，所述霍尔传感器安装在所述X轴气浮轴安装座上，所述永磁铁安装在两个X轴气浮套靠近X轴气浮轴安装座的外侧。

8.如权利要求1～3之一所述的二维平面气浮导轨零重力吊架，其特征在于：所述X轴气浮套与贮气套之间通过O型圈对贮气套密封。