CN101968077B - 分体式并行微通道径向气体静压节流器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分体式并行微通道径向气体静压节流器。传统的节流器难以同时满足系统的超稳定和高刚度的要求。本发明节流器主体和配合塞构成。节流器主体呈长方体状，其上表面为凹曲面，该上表面开有多道出气槽，节流器主体一对侧面上开有贯穿节流器主体的进气孔；另一对侧面上开有装配孔；配合塞位于节流器主体内，其纵截面呈Y字型，配合塞的上表面为与节流器主体上表面曲率相同的凹曲面，该上表面的中心位置开有节流孔，节流孔四周的曲面曲率大于凹曲面的曲率；配合塞的四周侧壁上均开有微通道；配合塞的底面与节流器主体之间设置有用于定位的凸台。利用本发明所形成的静压系统气膜具有较大的刚度和较高的稳定性。

Description

分体式并行微通道径向气体静压节流器

技术领域

本发明属于气体静压润滑领域，涉及一种分体式并行微通道径向气体静压节流器。

背景技术

在超精密加工及超精密检测技术领域，无论是精密加工机械，还是测量仪器，都对其机械部分提出了高精度、高速度、高运动分辨率、热稳定性好、低振动、爬行小、少污染以及降低设备成本等方面的苛刻要求。人们在实践中发现，气体静压轴承正是解决上述苛刻要求的重要途径。由于气体本身具有可压缩性，对提高气体润滑的刚度带来很大的困难。提高气体静压轴承的刚度是气体静压轴承研究领域的难点和热点之一，属于前沿问题。微电子设备、超精密机床和仪器技术属于国际商业竞争的核心技术，也属于发达国家严密封锁的技术，无法通过引进的方式解决，因此，我国若想在超精密设备方面处于领先地位，就必须解决气体静压技术中如何使刚度与稳定性同时达到较高水平的问题，研究如何同时提高气膜的刚度和稳定性，寻找两者之间的平衡点，必须走自主研发的道路。

通过目前的理论和实验研究我们可以知道，气体静压技术的主要缺点即承载能力低、刚度小及稳定性差。尽管有很多学者对此做了研究，但此问题尚未得到很好的解决，主要障碍表现在难以同时满足系统的超稳定和高刚度的要求。事实上，气体静压系统中刚度与稳定性是一对矛盾。通常，当要求精度高时以牺牲刚度为代价，而要求刚度高时以牺牲精度为代价，目前的技术还难以兼顾二者。因此，对气体静压系统进行的刚度和稳定性研究，已是当务之急，而且是关系到气体静压技术的进步与实用化的重大课题。当前的紧迫任务就是研究如何同时提高气膜的刚度和稳定性，寻找两者之间的平衡点。在对气体静压技术的基础理论进行研究时，节流器微流场流型的研究是核心问题。传统的节流器采用小孔节流原理时，气源压力会造成节流孔出口处的流速过高，形成的射流在润滑气膜中产生湍流和微旋涡，成为主要振源。采用多孔质节流原理时因微孔材料的自然状态而使气流从微孔中流出的方向存在随机性，也会产生局部微小的湍流。此外，微孔垫片的制造及安装也不可避免地会造成纳米尺度的振动。以上均难以同时满足系统的超稳定和高刚度的要求。

发明内容

为了克服传统气体静压径向节流器造成的气膜振动大、刚度低等问题，本发明的目的在于提供一种分体式并行微通道径向气体静压节流器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明由节流器主体和配合塞构成。节流器主体呈长方体状，其上表面为凹曲面，该上表面开有多道出气槽，节流器主体一对侧面上开有贯穿节流器主体的进气孔；另一对侧面上开有装配孔；

配合塞位于节流器主体内，其纵截面呈Y字型，配合塞的上表面为与节流器主体上表面曲率相同的凹曲面，该上表面的中心位置开有节流孔，节流孔四周的曲面曲率大于凹曲面的曲率；配合塞的四周侧壁上均开有微通道；配合塞的底面与节流器主体之间设置有用于定位的凸台；

节流器主体上表面的出气槽的中轴线均垂直于该出气槽所在面的边沿，出气槽与配合塞四周侧壁上对应的微通道连通；配合塞与节流器主体上的装配孔相对应处开有用于紧固的螺纹孔；

从节流器主体进气孔进入的气体一部分从节流孔射出，另一部分沿微通道、出气槽射出至周围大气，沿节流器主体长边两侧的微通道与水平面所形成的夹角α为锐角。

所述的配合塞凹曲面中心的节流孔，其直径为0.05～0.2mm。

所述的微通道的宽度为0.5～2mm，深度为0.05～0.2mm。

本发明具有的有益效果是：本发明由于采用多个并行微通道进行节流，可以保证稳定的气体微流场，进而有效减小气膜振动、提高静压系统的刚度和稳定性。与传统径向型节流器相比，该由本发明所形成的静压系统气膜具有较大的刚度和较高的稳定性。

附图说明

图1是并行微通道气体静压节流器主视图；

图2是并行微通道气体静压节流器左视图；

图3是并行微通道气体静压节流器俯视图；

图4是节流器主体图；

图5是节流器配合塞图；

图6是图1中I处放大示意图；

图7是图3中II处放大示意图；

图8是图5中III处放大示意图；

图中：1、节流器主体；2、配合塞；3、出气槽；4、进气孔；5、装配孔；6、节流孔；7、微通道；8、凸台；9、螺纹孔；10、第一凹曲面；11、第二凹曲面；12、曲面；13、隔栅；14、球窝；15、燕尾槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

如图1和图2所示，分体式并行微通道径向气体静压节流器，由节流器主体1和配合塞2构成。节流器主体1呈长方体状，其上表面为第一凹曲面10，该上表面开有多道出气槽3，节流器主体1一对侧面上开有贯穿节流器主体1的进气孔4；另一对侧面上开有装配孔5；

如图1、图5和图6所示，配合塞2位于节流器主体1内，其纵截面呈Y字型，配合塞2的上表面为与节流器主体1上表面曲率相同的第二凹曲面11，即第一凹曲面10与第二凹曲面11曲率相同。配合塞2上表面的中心位置开有节流孔6，防止气体倒流引起气膜振动。

节流孔6四周的曲面12曲率大于第一凹曲面10、第二凹曲面11的曲率，以保证气体由节流孔6射出后，在工作面间均匀地散开而形成气膜，防止气体射流产生气膜湍动和微漩涡，减小气膜微振动。

如图2、图5和图8所示，配合塞2的四周侧壁上均开有微通道7，配合塞2的底面与节流器主体1之间设置有用于定位的凸台8，便于工作前将节流器主体1与配合塞2安装成一体，有助于保证装配孔5与螺纹孔9的同轴度。

如图2、图3和图7所示，节流器主体1上表面的出气槽3的中轴线均垂直于该出气槽所在面的边沿，出气槽3与配合塞2四周侧壁上对应的微通道7连通；在节流器主体1开设花瓣型隔栅13将各出气槽3分隔开，有助于使工作面压强分布均匀。气体依次通过微通道7与出气槽3，最终越过节流器主体1上表面的边沿射入大气。此过程不仅有效地降低了出气槽3的出口处以及节流器主体1上表面边沿处的气体流速，预防了射流产生的气体湍动和微漩涡，减小了气膜的微尺度振动，而且实现了气体出射时的多方向支承，保证了气膜润滑的稳定性，提高了气膜的承载能力与刚度。配合塞2与节流器主体1上的装配孔5相对应处开有用于紧固的螺纹孔9；

如图4和图5所示，从节流器主体进气孔4进入的气体一部分从节流孔6射出，另一部分沿微通道7、出气槽3射出至周围大气，沿节流器主体1长边两侧的微通道7与水平面所形成的夹角α为锐角。一定的出射角度α有利于气体的平缓射出。沿节流器主体1短边两侧的微通道7为竖直微通道。

配合塞2凹曲面中心的节流孔6，其直径一般为0.05～0.2mm，本实施例中节流孔的直径为0.1mm。

配合塞2工作面上的每个微通道7的宽度为0.5～2mm，深度为0.05～0.2mm。

工作前，螺钉依次通过装配孔5与螺纹孔9，将节流器主体1与配合塞2连成一体。将球头螺栓的球头部分顶入气体静压节流器主体1下底面的球窝14中，再将锥形支架嵌入燕尾槽15内，保证球头螺栓的中轴线垂直于节流器主体1的下底面，从而保证了气体静压节流器处于工作轴的径向方向，完成气体静压节流器的径向支承功能。

工作时，将压力为0.1～1Mpa的气体通过进气孔4送入气体静压节流器，气体分别通过配合塞2表面的微通道7及曲面12上的节流孔6喷射，在工作面间形成气膜，使得气体节流器悬浮于其相应的工作面，达到气膜润滑作用，实现工作轴的气浮运动。

由于该种节流器使用多微通道节流，可以提高气体流场的稳定性及刚度，实现气膜流场的低湍动。

Claims (3)

1.分体式并行微通道径向气体静压节流器，其特征在于：由节流器主体(1)和配合塞(2)构成；

节流器主体(1)呈长方体状，其上表面为凹曲面，该上表面开有多道出气槽(3)，节流器主体(1)一对侧面上开有贯穿节流器主体(1)的进气孔(4)；另一对侧面上开有装配孔(5)；

配合塞(2)位于节流器主体(1)内，其纵截面呈Y字型，配合塞(2)的上表面为与节流器主体(1)上表面曲率相同的凹曲面，配合塞(2)的上表面的中心位置开有节流孔(6)，节流孔(6)四周的曲面曲率大于凹曲面的曲率；配合塞(2)的四周侧壁上均开有微通道(7)；配合塞(2)的底面与节流器主体(1)之间设置有用于定位的凸台(8)；

节流器主体(1)上表面的出气槽(3)的中轴线均垂直于该出气槽所在面的边沿，出气槽(3)与配合塞(2)四周侧壁上对应的微通道(7)连通；配合塞(2)与节流器主体(1)上的装配孔(5)相对应处开有用于紧固的螺纹孔(9)；

从节流器主体进气孔(3)进入的气体一部分从节流孔(6)射出，另一部分沿微通道(7)、出气槽(3)射出至周围大气，沿节流器主体(1)长边两侧的微通道(7)与水平面所形成的夹角α为锐角。

2.根据权利要求1所述的分体式并行微通道径向气体静压节流器，其特征在于：所述的配合塞(2)凹曲面中心的节流孔(6)，其直径为0.05～0.2mm。

3.根据权利要求1所述的分体式并行微通道径向气体静压节流器，其特征在于：所述的微通道(7)的宽度为0.5～2mm，深度为0.05～0.2mm。

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