CN106438701A - 多节流孔组合式的过缝能力增强型气足 - Google Patents

多节流孔组合式的过缝能力增强型气足 Download PDF

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Abstract

多节流孔组合式的过缝能力增强型气足，属于气悬浮技术及零重力环境模拟领域。解决了传统的气足的节流孔过拼接气浮平台的缝隙时，节流孔流出的高压气体直接从缝隙排掉，导致传统气足过缝隙能力差的问题。它包括基板、气浮盖板和密封圈，基板和气浮盖板相对扣合在一起，且气浮盖板位于基板上方，密封圈设置在基板和气浮盖板之间，基板上表面设有环形气腔，且在环形气腔内，沿其周向均匀设置M个节流孔气腔，且节流孔气腔的深度大于或等于环形气腔的腔体深度，节流孔气腔的口径大于环形气腔的腔体宽度，每个节流孔气腔沿其周向均匀分布N个节流孔。主要与气浮平台配合使用。

Description

多节流孔组合式的过缝能力增强型气足
技术领域
本发明属于气悬浮技术及零重力环境模拟领域。
背景技术
利用小孔节流原理，通过在节流孔中通入压缩气体，在气足和气浮平台之间形成高压气膜，实现气足及其上载荷的悬浮支撑和无摩擦相对运动。将卫星等载荷安装在气足上可以模拟太空失重环境；而将精密仪器等设备安装在气足上，可以实现高精度的位置控制。
传统气足设计时，每个节流嘴安装位置布局一个节流孔，对有在单块气浮平台上应用时，不存在过缝问题，可以满足零重力模拟和高精度位置控制的需求。然而，大型设备、大范围零重力模拟往往需求大的气浮平台，而大面积的气浮平台通常采用多块气浮平台拼接实现，不同的平台之间存在微小的拼缝。当某个节流孔通过缝隙时，节流孔中的气体通过缝隙形成通路，丧失了在与气浮平台之间形成高压气膜的能力，从而导致该节流孔局部区域失去承载能力，气足承载偏载，失去角刚度，发生倾斜，甚至一侧与气浮平台接触，产生摩擦，影响零重力模拟精度或位置控制精度。
随着技术的发展，特别是空间探索的不断深入，大型航天器零重力试验和航天器的大范围运动测试等对气足过缝能力提出了更高的要求。
发明内容
本发明是为了解决传统的气足的节流孔过拼接气浮平台的缝隙时，节流孔流出的高压气体直接从缝隙排掉，导致传统气足过缝隙能力差的问题，本发明提供了一种多节流孔组合式的过缝能力增强型气足。
多节流孔组合式的过缝能力增强型气足，它包括基板、气浮盖板和密封圈，基板和气浮盖板相对扣合在一起，且气浮盖板位于基板上方，密封圈设置在基板和气浮盖板之间，
基板上表面设有环形气腔，且在环形气腔内，沿其周向均匀设置M个节流孔气腔，且节流孔气腔的深度大于或等于环形气腔的腔体深度，节流孔气腔的口径大于环形气腔的腔体宽度，
每个节流孔气腔底部，沿其周向均匀分布N个节流孔；M和N均为大于或等于3的整数，
环形气腔连通所有的节流孔气腔和节流孔，
基板上设有中心泄压孔，中心泄压孔位于环形气腔的轴心，且轴向贯穿基板，气浮盖板上表面设有万向连接球窝，该万向连接球窝通过球头与外部载荷连接，
气浮盖板上还设有供气孔,该供气孔用于给所有的节流孔气腔供气，
气浮盖板与密封圈配合实现对由供气孔、环形气腔、节流孔气腔、节流孔形成的气路进行密封。
所述的节流孔气腔轴心与中心泄压孔轴心间的距离其中r0为中心泄压孔的直径，R为气足直径。
所述的节流孔底部的微孔直径为0.1mm至0.2mm。
所述的基板采用螺钉与气浮盖板连接。
基板上设有环形槽，密封圈设置在环形槽内。
本发明解决传统气足过缝时角刚度损失大导致摩擦增加、运动卡滞的技术方案为：在基板1上传统单个节流孔安装位置，扩展单个节流孔为一组M个节流孔，M个节流孔公用一个节流孔气腔5。多节流孔组合式方案均化了传统每个节流孔位置的压力分布，承载能力优于传统气足。同时，当同一组的某个节流孔通过气浮平台拼缝时，该节流孔的泄压并不影响其它节流孔的承载能力，因此，同组节流孔整体的承载损失远小于传统气足单个节流孔过缝时的该节流孔的承载能力损失。从而可以实现节流孔过缝时承载能力计角刚度损失小，避免气足发生倾斜与气浮平台接触产生摩擦，提过气足的过缝平稳性。特别是，可以通过增加每组节流孔的数量，提高气足的过缝能力。
本发明带来的有益效果是，通过多节流孔组合式设计，减小了气足过缝时的角刚度损失，提高了气足的过缝能力。
附图说明
图1为本发明所述的多节流孔组合式的过缝能力增强型气足的主剖视图；
图2和图3均为图1的仰视图；
图4为图1的俯视图；
图5为基板的轴侧视图；
图6为基板的俯视图。
图7为Ⅱ处的局部放大图。
具体实施方式
本发明的提供了一种多节流孔组合式的过缝能力增强型气足，与传统气足相比，在传统的每个节流孔位置布置一组(多个)节流孔，当其中一个通过缝隙，丧失承载能力时，该组的其它节流孔可以正常提供承载能力，从而较小了气足承载偏载和角刚度损失，增强了其过缝能力。
参考图1至图4，所述多节流孔组合式的过缝能力增强型气足包括，基板1、气浮盖板2和密封圈9；基板1上加工有一个环形气腔4，环形气腔4上均布M个节流孔气腔5，节流孔气腔5底部周向均布N个节流孔3；M、N≥3，M，N为自然数；
所述节流孔气腔5连通环形气腔4和节流孔3，
节流孔3底部的微孔3-1可以通过直接钻直径为0.1mm～0.2mm的孔或者镶嵌钻有Φ0.1mm～0.2mm孔的节流嘴的方式实现，M和N具体数值根据气足的承载能力、气足的直径及对过缝能力的要求进行设计，承载能力增加时可以增加M值，对过缝能力要求高时，可以增加N值。
该具体设计中M＝6，N＝4。节流孔3为满足小孔节流原理的节流孔，上部通孔连接节流孔气腔5，
节流孔3为现有技术中的一种结构，节流孔3包括三部分，从上至下依次为上部通孔3-3、微孔3-1和圆形气囊3-2，且微孔3-1的直径小于上部通孔3-3的直径，上部通孔3-3的直径小于圆形气囊3-2的直径，微孔3-1连通上部通孔3-3和圆形气囊3-2，具体参见图7。
微孔3-1直径为0.1mm～0.2mm的，节流孔3底部有厚度为0.1mm～0.2mm的圆形气囊3-2；节流孔3可以采用在基板上直接加工实现，也可通过镶嵌满足上述参数的独立节流嘴实现。
基板1上钻有中心泄压孔7，环形气腔4内侧和外侧加工安装密封圈9的环形槽10。气浮盖板2上在对应基板环形气腔4的位置加工有供气孔6。在气浮盖板2中心位置加工有与外部负载安装配合用的万向连接球窝8。由供气孔6、环形气腔4、节流孔气腔5、节流孔3形成的气路的通过密封圈9实现密封。
所述气浮盖板2与密封圈9配合实现对由供气孔6、环形气腔4、节流孔气腔5、节流孔3形成的气路的密封，气浮盖板2上加工万向连接球窝8，实现与外部载荷的连接，并具有一定的角度适应能力。
所述环形气腔4连通所有的节流孔气腔5，并通过供气孔6实现对所有的节流孔气腔5供气，所述的节流孔气腔5轴心与中心泄压孔7轴心间的距离其中r0为中心泄压孔的直径，R为气足直径。
本实施例中，通过从供气孔6供入压力为0.3Mpa～0.6MPa的压缩气体，实现对由供气孔6、环形气腔4、节流孔气腔5、节流孔3形成的气路的供气。高压气体通过小孔节流，在气足和基板1底部配合的气浮平台之间形成高压气膜，从而相对气浮平台悬浮，实现无摩擦相对运动。
该具体设计中M＝6，N＝4时，基板1的轴侧视图和基板1的俯视图，具体参见图5和图6。
所述中心卸压孔7实现气浮平台与气足之间的高压气体的中心泄压，气浮平台与气足之间的高压气膜从两个方向泄压，一个为气足外测，一个为中心泄压孔。气膜沿这两个方向泄压保证了气膜气路形成通路，实现流动性。所述万向连接球窝8可以与球头配合实现与外部载荷的连接，并保证一定的角度适应能力。
所述密封圈9与气浮盖板2配合实现对由供气孔6、环形气腔4、节流孔气腔5、节流孔3形成的气路的密封。

Claims (5)

1.多节流孔组合式的过缝能力增强型气足，它包括基板(1)、气浮盖板(2)和密封圈(9)，基板(1)和气浮盖板(2)相对扣合在一起，且气浮盖板(2)位于基板(1)上方，密封圈(9)设置在基板(1)和气浮盖板(2)之间，其特征在于，
基板(1)上表面设有环形气腔(4)，且在环形气腔(4)内，沿其周向均匀设置M个节流孔气腔(5)，且节流孔气腔(5)的深度大于或等于环形气腔(4)的腔体深度，节流孔气腔(5)的口径大于环形气腔(4)的腔体宽度，
每个节流孔气腔(5)底部，沿其周向均匀分布N个节流孔(3)；M和N均为大于或等于3的整数，
环形气腔(4)连通所有的节流孔气腔(5)和节流孔(3)，
基板(1)上设有中心泄压孔(7)，中心泄压孔(7)位于环形气腔(4)的轴心，且轴向贯穿基板(1)，气浮盖板(2)上表面设有万向连接球窝(8)，该万向连接球窝(8)通过球头与外部载荷连接，
气浮盖板(2)上还设有供气孔(6),该供气孔(6)用于给所有的节流孔气腔(5)供气，
气浮盖板(2)与密封圈(9)配合实现对由供气孔(6)、环形气腔(4)、节流孔气腔(5)、节流孔(3)形成的气路进行密封。
2.根据权利要求1所述的多节流孔组合式的过缝能力增强型气足，其特征在于，所述的节流孔气腔(5)轴心与中心泄压孔(7)轴心间的距离其中r0为中心泄压孔(7)的直径，R为气足直径。
3.根据权利要求1所述的多节流孔组合式的过缝能力增强型气足，其特征在于，所述的节流孔(3)底部的微孔(3-1)直径为0.1mm至0.2mm。
4.根据权利要求1所述的多节流孔组合式的过缝能力增强型气足，其特征在于，所述的基板(1)采用螺钉与气浮盖板(2)连接。
5.根据权利要求1所述的多节流孔组合式的过缝能力增强型气足，其特征在于，基板(1)上设有环形槽(10)，密封圈(9)设置在环形槽(10)内。
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