CN102207130A - 一种空气静压止推轴承 - Google Patents

Abstract

本发明是一种空气静压止推轴承，含有轴承本体，在轴承本体上部设有进气口、环槽、与环槽连通的节流孔，气腔。气腔的壁面与节流孔轴线夹角为节流孔射流扩散角θ，可防止传统的方形或圆形气腔所固有的边缘角落漩涡问题，且利用气腔处流道形状的改变，减缓气体增速过快而带来的压力损失，维持轴承间隙内的高压，进而提高轴承承载能力和稳定性；节流孔通过均压槽连通，增强了轴承的承载能力和稳定性。本发明主要用于光刻机、三坐标测量机等设备中运动部件的设计，属于超精密运动、超精密测量技术领域。

Description

一种空气静压止推轴承

技术领域

本发明属于超精密运动、超精密测量技术领域，涉及一种空气静压止推轴承，主要用于光刻机、三坐标测量机等设备中运动部件的设计。

背景技术

空气静压止推轴承具有无磨损、摩擦小、低速无爬行、运动精度高等一系列优点，故广泛应用于超精密运动、精密测量领域，但同时也存在刚度低、承载能力小、稳定性差的缺点。

现有空气静压止推轴承通常采用小孔节流，高压气体经小孔节流器进入气腔，再由气腔边缘进入轴承间隙；气腔内压力沿轴承间隙逐渐减小，至轴承边缘处压力降为环境压力。一方面由于润滑剂为气体，其分子粘性低、压缩性强，故气体静压轴承的承载能力小、刚度低；另一方面，虽然气腔体积的增大可以增大轴承的承载能力但当其直径大于小孔射流的核心区的直径时，会在气腔的角落形成漩涡，进而产生热量和对气腔壁面的压力波动，影响轴承结构和稳定性。

随着超精密运动、超精密测量技术的发展，系统对轴承刚度、稳定性的要求更加迫切，解决这一问题已变得迫在眉睫。

发明内容

为了克服现有空气静压止推轴承刚度低、承载能力小、稳定性差的缺点，本发明的目的在于提供一种高刚度、大承载能力、稳定性强的空气静压止推轴承。

为达到上述目的，本发明提供空气静压止推轴承解决技术问题采用的技术方案如下：所述空气静压止推轴承含有被支撑件、轴承本体和光滑平面；轴承本体上设有进气口、环槽、多个节流孔、多个气腔、轴承工作面和均压槽；轴承本体还具有一上平面；气腔设有与节流孔相连的入端口和位于轴承工作面上的射流端口；沿轴承本体的外缘和径向设置进气口；所述环槽的透孔与进气口的内侧端之间紧密连接且相通；轴承本体位于被支撑件和光滑平面之间，轴承本体的上平面和轴承工作面分别与被支撑件的内平面和光滑平面相互平行；光滑平面与轴承工作面之间具有轴承工作间隙；在轴承本体的轴承工作面垂直向轴承本体内部的位置分别设置多个气腔和多个节流孔，每个气腔的射流端口位于轴承工作面上；在轴承本体的平面垂直向内部的位置及在进气口内侧端的位置设有环槽，在环槽的一侧壁上具有一透孔；压缩空气由进气口进入环槽，再经节流孔进入气腔；在轴承本体的轴承工作面设有均压槽，通过均压槽与多个气腔连通。

本发明的有益效果是：

1.节流孔通过均压槽连通，使得空气静压止推轴承由小面源供气变成线源供气，提高了轴承角刚度，增强了轴承稳定性。

2.均压槽深度取轴承间隙的8-10倍，故均压槽内压力可视为气腔压力q₀，故提高了轴承承载能力和径向刚度，

3.节流孔出口处气腔的壁面与节流孔轴线夹角为节流孔射流扩散角θ，可防止传统的方形或圆形气腔所固有的边缘角落漩涡问题，增强了轴承结构稳定性，减少了热变形。

4.节流孔出口处气腔的壁面与节流孔轴线夹角为节流孔射流扩散角θ，利用气腔处流道形状的改变，减缓气体增速过快而带来的压力损失，维持轴承间隙内的高压，进而提高轴承承载能力。

附图说明

图1为本发明提供的空气静压止推轴承的主剖视图。

图2为图1中空气静压止推轴承的仰视图。

图3为图1中空气静压止推轴承的实施例。

图中元件说明：

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明的工作原理、结构及具体实施方式作进一步介绍。

如图1、图2和图3示出本发明提供的空气静压止推轴承的结构示意图，该轴承含有被支撑件1、轴承本体2、光滑平面3。

所述空气静压止推轴承含有被支撑件1、轴承本体2和光滑平面3；

轴承本体2上设有进气口4、环槽5、多个节流孔6、多个气腔7、轴承工作面8和均压槽9；轴承本体2还具有一上平面12；气腔7设有与节流孔6相连的入端口和位于轴承工作面8上的射流端口；沿轴承本体2的外缘和径向设置进气口4；所述环槽5的透孔13与进气口4的内侧端之间紧密连接且相通；轴承本体2位于被支撑件1和光滑平面3之间，轴承本体2的上平面12和轴承工作面8分别与被支撑件1的内平面和光滑平面3相互平行；光滑平面3与轴承工作面8之间具有轴承工作间隙10；在轴承本体2的轴承工作面8垂直向轴承本体2内部的位置分别设置多个气腔7和多个节流孔6，每个气腔7的射流端口位于轴承工作面8上；在轴承本体2的平面垂直向内部的位置及在进气口4内侧端的位置设有环槽5，在环槽5的一侧壁上具有一透孔13；压缩空气由进气口4进入环槽5，再经节流孔6进入气腔7；在轴承本体2的轴承工作面8设有均压槽9，通过均压槽9与多个气腔7连通。

所述环槽5、节流孔6、气腔7和均压槽9之间为中心对称安置且相通。

气腔7的壁面与节流孔6的轴线之间具有一夹角11，夹角11为θ＝14.5°，气腔7为喇叭形状的射流腔体，所述射流腔体的射流扩散角是2θ＝29°；

多个节流孔6沿轴承本体2的径向对称分布。

被支撑件1与轴承本体2之间采用O型圈密封，并通过螺钉紧固；压缩空气由进气口4进入环槽5，再经节流孔6进入气腔7，由于气腔7的壁面与节流孔6的轴线夹角11，节流孔6的射流扩散角是夹角11的θ的两倍，可防止传统的方形或圆形气腔7所固有的边缘角落漩涡问题进而增强了结构、热稳定性，且利用气腔7的壁面处流道形状的改变，减缓气体增速过快而带来的压力损失，维持轴承工作间隙10内的高压，进而提高轴承承载能力和稳定性；均压槽9的深度取轴承工作间隙10的8-10倍，由于存在轴承工作面8的粘附阻尼，气体从气腔7溢出后先充满均压槽9再进入轴承工作间隙10故均压槽9内的气体压力与气腔7内压力近似相等，均压槽9的深度增大了轴承工作间隙10内高压区的面积，故提高了轴承承载能力；压力气体沿轴承径向减小至环境压力，利用轴承工作间隙10与外界的压力差形成空气静压止推轴承的承载能力。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种空气静压止推轴承，其特征在于：所述空气静压止推轴承含有被支撑件(1)、轴承本体(2)和光滑平面(3)；

轴承本体(2)上设有进气口(4)、环槽(5)、多个节流孔(6)、多个气腔(7)、轴承工作面(8)和均压槽(9)；轴承本体(2)还具有一上平面(12)；气腔(7)设有与节流孔6相连的入端口和位于轴承工作面8上的射流端口；

沿轴承本体(2)的外缘和径向设置进气口(4)；所述环槽(5)的透孔与进气口(4)的内侧端之间紧密连接且相通；

轴承本体(2)位于被支撑件(1)和光滑平面(3)之间，轴承本体(2)的上平面(12)和轴承工作面(8)分别与被支撑件(1)的内平面和光滑平面(3)相互平行；光滑平面(3)与轴承工作面(8)之间具有轴承工作间隙(10)；

在轴承本体(2)的轴承工作面(8)垂直向轴承本体(2)内部的位置分别设置多个气腔(7)和多个节流孔(6)，每个气腔(7)的射流端口位于轴承工作面(8)上；

在轴承本体(2)的平面垂直向内部的位置及在进气口(4)内侧端的位置设有环槽(5)，在环槽(5)的一侧壁上具有一透孔(13)；压缩空气由进气口(4)进入环槽(5)，再经节流孔(6)进入气腔(7)；

在轴承本体(2)的轴承工作面(8)设有均压槽(9)，通过均压槽(9)与多个气腔(7)连通。

2.根据权利要求1所述的空气静压止推轴承，其特征在于，所述环槽(5)、节流孔(6)、气腔(7)和均压槽(9)之间为中心对称安置且相通。

3.根据权利要求1所述的空气静压止推轴承，其特征在于，气腔(7)的壁面与节流孔(6)的轴线之间具有一夹角(11)，夹角(11)为θ＝14.5°。

4.根据权利要求3所述的空气静压止推轴承，其特征在于，气腔(7)为喇叭形状的射流腔体，所述节流孔(6)在射流腔体形成射流扩散角是2θ＝29°。

5.根据权利要求1所述的空气静压止推轴承，其特征在于，多个节流孔(6)沿轴承本体(2)的径向对称分布。

6.根据权利要求1所述的空气静压止推轴承，其特征在于，被支撑件(1)与轴承本体(2)之间采用O型圈密封，并通过螺钉紧固。

7.根据权利要求1所述的空气静压止推轴承，其特征在于，均压槽(9)的深度取轴承间隙的8-10倍，使均压槽(9)的内气体压力与气腔(7)内压力近似相等，增大轴承工作间隙(10)内高压区的面积，利用轴承工作间隙(10)与外界的压力差形成空气静压止推轴承的承载能力。

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