CN113417940A - 一种真空预载气浮支承结构及其应用 - Google Patents

一种真空预载气浮支承结构及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种真空预载气浮支承结构及其应用，真空预载气浮支承结构，包括基板和浮板，所述基板的上端面向下凹陷形成真空腔，基板与浮板之间形成气膜间隙，基板内在真空腔下方设置有调节腔，调节腔与真空腔连通，调节腔的纵向截面呈凸形结构，所述调节腔的大端内设置有真空节流板，真空节流板的上端面设置有永磁体，所述永磁体能够在调节腔的小端内上下移动，真空节流板上设置有过孔，所述过孔与调节腔的小端错开设置，真空节流板的上端面与调节腔内壁之间形成真空节流口，所述真空腔通过真空节流口、过孔和抽气口与真空发生装置连通，所述浮板采用导磁金属材料制成。本发明通过磁力结构的引入，有效地提升真空预载气浮支承的刚度。

Description

一种真空预载气浮支承结构及其应用
技术领域
本发明涉及气体静压支承技术领域，具体涉及一种真空预载气浮支承结构及其应用。
背景技术
气体静压支承具有精度高、无摩擦、寿命长等优点，在精密、超精密检测与制造领域应用广泛。根据支承面布置，静压支承一般可以分为开式结构和闭式结构。开式结构为单面支承，结构简单，装调难度低，但是其不能承受反向负载，刚度偏低；闭式结构为双面支承，结构相对复杂，装调难度稍大，但可以承受双向负载，刚度好。真空预载气浮支承技术是在开式气浮支承的基础上，增加真空吸附区，使得支承面同时具备反向吸力，从而实现反向承载，刚度得到一定增加。但是和闭式气浮支承相比，其刚度还是较弱。
附图1为典型的真空预载气浮支承结构方案，支承面分为气浮区和吸附区，气浮区与传统气体静压支承一致，采用节流器(小孔、狭缝、多孔质或其他)进行节流，从而实现刚度的调节；吸附区一般设置为一个真空腔，通过真空发生器或真空泵向外抽气，吸附区的真空度一般为恒定值。
目前，有些公司、研究所采用了真空预载气浮支承技术，取得了一定的效果。但是，现有的真空预载气浮支承技术关于真空吸附的处理方式均如附图1所示，在真空发生装置和真空腔直联，没有真空度调整环节，真空度不随气膜间隙变化，这种方式本质上是增加了一定的预加负载。在相同的气膜间隙下，真空的引入并不能增强刚度，反而由于真空腔占用了一部分支承面积，刚度会有所损失。因此，基于目前的技术和方法，真空预载气浮支承的刚度有限，限制了其在更多场合的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种真空预载气浮支承结构及其应用，解决现有真空预载气浮支承结构的刚度较差的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种真空预载气浮支承结构，包括基板和浮板，所述浮板设置在基板的上方，所述基板的上端面嵌入有若干节流塞，所述节流塞通过正压供气口与正压提供装置连通，所述基板的上端面向下凹陷形成真空腔，所述真空腔通过抽气口与真空发生装置连通，所述基板与浮板之间形成气膜间隙，所述基板内在真空腔下方设置有调节腔，所述调节腔与真空腔连通，所述调节腔的纵向截面呈凸形结构，所述调节腔的大端内设置有真空节流板，所述真空节流板的上端面设置有永磁体，所述永磁体能够在调节腔的小端内上下移动，所述真空节流板上设置有过孔，所述过孔与调节腔的小端错开设置，所述真空节流板的上端面与调节腔内壁之间形成真空节流口，所述真空腔通过真空节流口、过孔和抽气口与真空发生装置连通，所述浮板采用导磁金属材料制成。
所述过孔与调节腔的小端错开设置具体是指过孔设置在调节腔的小端的外侧，即从俯视图看，二者没有重叠部分。
本发明的构思在于：
在传统真空预载气浮支承的基础上，在真空腔和真空发生装置之间串联一个节流器(包括真空节流板、永磁体和调节腔等)，节流器可根据气膜间隙的大小自动调节节流开口状态。当气浮滑块接近支承面时，气膜间隙减小，节流器缩口或关闭，真空腔内真空度降低，吸附力减小，气浮滑块受到反推力增大，从而使滑块快速反向回复到平衡位置；反之，气浮滑块远离支承面时，气膜间隙增大，节流器扩口或开启，真空腔内真空度增加，气浮滑块受到吸附力增大，从而使滑块快速反向回复到平衡位置。
即本发明通过磁力结构的引入，有效地提升真空预载气浮支承的刚度，拓展其应用领域
进一步地，调节腔的大端内设置在真空节流板的下方滑动设置有堵头，所述堵头的上端面向下凹陷形成凹槽，所述真空节流板的下端面设置有凸起，所述凸起的自由端嵌入凹槽内，所述凸起的外壁与凹槽的内壁紧贴，所述凸起的底部与凹槽之间形成孔腔，通过滑动堵头调节孔腔的大小，所述堵头的上端面低于抽气口。
本发明的上述设置能实现对真空节流板的回弹刚性的调节。
进一步地，凸起为圆柱结构，所述凹槽为与圆柱结构相配合的圆形槽。
进一步地，真空节流板上设置有多个过孔。
进一步地，多个过孔呈环形阵列布置。
进一步地，真空节流板为弹性元件，可以是采用弹性材料制成，也可以通过外加弹簧等方式等效其弹性。
弹性材料可以是弹簧钢。
真空节流板具有一定的弹性，被永磁体带动可以产生变形。
进一步地，调节腔的大端和小端内壁连接处为圆弧过渡。
进一步地，调节腔的大端和小端均为圆形孔结构，所述调节腔的大端和小端具有相同轴向，所述永磁体为柱状结构，所述永磁体的外径小于调节腔的小端内径。
进一步地，永磁体与调节腔的小端具有相同轴向，且永磁体的轴向高度大于节腔小端的轴向长度。
进一步地，真空腔设置在基板的中心，若干节流塞呈环形阵列布置在真空腔外侧。
一种真空预载气浮支承结构应用，用于装置的真空度调节或压力调节。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过磁力结构的引入，有效地提升真空预载气浮支承的刚度，拓展其应用领域。
2、本发明通过设置堵头，且在真空节流板的下端面设置有与堵头配合的凸起，能够实现对真空节流板的回弹刚性的调节。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为现有典型的真空预载气浮支承结构；
图2为实施例1当浮板处于平衡状态时的真空预载气浮支承结构示意图；
图3为实施例1当浮板向下移动时时的真空预载气浮支承结构示意图；
图4为实施例2当浮板处于平衡状态时的真空预载气浮支承结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-基板，2-节流塞，3-浮板，4-永磁体，5-真空节流板，6-堵头，21-正压供气口，22-气膜间隙，23-真空腔，24-真空节流口，25-过孔，26-抽气口，27-凸起，28-孔腔。
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，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图2-图3所示，一种真空预载气浮支承结构，包括基板1和浮板3，所述浮板3设置在基板1的上方，所述基板1的上端面嵌入有若干节流塞2，所述节流塞2通过正压供气口21与正压提供装置连通，所述基板1的上端面向下凹陷形成真空腔23，所述真空腔23通过抽气口26与真空发生装置连通，其特征在于，所述基板1与浮板3之间形成气膜间隙22，所述基板1内在真空腔23下方设置有调节腔，所述调节腔与真空腔23连通，所述调节腔的纵向截面呈凸形结构，所述调节腔的大端内设置有真空节流板5，所述真空节流板5的上端面设置有永磁体4，所述永磁体4能够在调节腔的小端内上下移动，所述真空节流板5上设置有过孔25，所述过孔25与调节腔的小端错开设置，所述真空节流板5的上端面与调节腔内壁之间形成真空节流口24，所述真空腔23通过真空节流口24、过孔25和抽气口26与真空发生装置连通，所述浮板3采用导磁金属材料制成，所述导磁金属材料可以是弹簧钢。
在本实施例中，所述真空节流板5上设置有多个过孔25；多个过孔25呈环形阵列布置。
在本实施例中，所述调节腔的大端和小端均为圆形孔结构，所述调节腔的大端和小端具有相同轴向，所述永磁体4为柱状结构，所述永磁体4的外径小于调节腔的小端内径；所述永磁体4与调节腔的小端具有相同轴向，且永磁体4的轴向高度大于节腔小端的轴向长度。
在本实施例中，所述真空腔23设置在基板1的中心，若干节流塞2呈环形阵列布置在真空腔23外侧。
在本实施例中，为了实现真空节流口24的全密封，所述真空节流板5为弹性元件，在本实施例中，真空节流板5采用弹簧钢制成，也可以采用外加弹簧等方式等效其弹性。
在本实施例中，基板1为固定件，浮板3为运动件，两件之间留有气膜间隙22；基板1上端面为高精度气浮面，上端面嵌入安装有节流塞2若干，通过正压供气口21向节流塞2通入正压力，气体通过节流塞2后充满气膜间隙22，形成支承力，使浮板3浮起；抽气口26通过过孔25、真空节流口24与真空腔23联通；当抽气口26向外抽出空气时，真空腔23内气体通过真空节流口24、过孔25向外流出，使真空腔23形成一定负压，从而吸引浮板3下移；正压形成的支承力、负压形成的吸力以及浮板3的重量和外部负载形成平衡，使浮板3稳定浮起。
本实施例的工作原理如下：
在真空节流板5中心固定联接有永磁体4，浮板3为导磁金属材料，永磁体4与浮板3形成一定磁吸力，带动真空节流板5向上凸起。当浮板3受到外力作用下移时，永磁体4与浮板3靠近，磁吸力增大，真空节流板5向上凸起量增加，真空节流口24缩小或者封闭，真空腔23内负压将减少或消失，浮板3反向合力增大，促使浮板3向上恢复到平衡位置；反之，当浮板3受到外力上移时，永磁体4与浮板3距离增大，磁吸力减少，真空节流板5向上凸起量减少，真空节流口24扩大，真空腔23内负压将进一步增大，浮板3反向合力增大，促使浮板3向下恢复到平衡位置。
相比不增加真空节流板5的结构，本实施例中真空腔23内的真空度会随着气膜间隙22的变化而变化，使浮板3受到干扰后反向回复力得到增大，最终实现刚度的增强。
实施例2：
如图4所示，本实施例基于实施例1，所述调节腔的大端内设置在真空节流板5的下方滑动设置有堵头6，所述堵头6的上端面向下凹陷形成凹槽，所述真空节流板5的下端面设置有凸起27，所述凸起27的自由端嵌入凹槽内，所述凸起27的外壁与凹槽的内壁紧贴，所述凸起27的底部与凹槽之间形成孔腔28，通过滑动堵头6调节孔腔28的大小，所述堵头6的上端面低于抽气口26；所述凸起27为圆柱结构，所述凹槽为与圆柱结构相配合的圆形槽。
在本实施例中，所述真空节流板5与凸起27构成T形结构，凸起27与凹槽为小间隙配合，两者可以相对滑动小间隙配合，两者可以相对滑动，同时又有一定的密封效果，通过这种设置形成一种空气弹簧的使用效果，从而使真空节流板5的回弹刚性更容易调节，方便在工程实际中使用。其调节方法为：当真空节流板5回弹刚性不足时，调节堵头6下移，使孔腔28变大，从而促使真空节流板5回弹刚性增加；反之，上移堵头6，使孔腔28变小，从而促使真空节流板5回弹刚性减小。
实施例3：
如图4所示，本实施例基于实施例1或实施例2，所述调节腔的大端和小端内壁连接处为圆弧过渡。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种真空预载气浮支承结构，包括基板(1)和浮板(3)，所述浮板(3)设置在基板(1)的上方，所述基板(1)的上端面嵌入有若干节流塞(2)，所述节流塞(2)通过正压供气口(21)与正压提供装置连通，所述基板(1)的上端面向下凹陷形成真空腔(23)，所述真空腔(23)通过抽气口(26)与真空发生装置连通，其特征在于，所述基板(1)与浮板(3)之间形成气膜间隙(22)，所述基板(1)内在真空腔(23)下方设置有调节腔，所述调节腔与真空腔(23)连通，所述调节腔的纵向截面呈凸形结构，所述调节腔的大端内设置有真空节流板(5)，所述真空节流板(5)的上端面设置有永磁体(4)，所述永磁体(4)能够在调节腔的小端内上下移动，所述真空节流板(5)上设置有过孔(25)，所述过孔(25)与调节腔的小端错开设置，所述真空节流板(5)的上端面与调节腔内壁之间形成真空节流口(24)，所述真空腔(23)通过真空节流口(24)、过孔(25)和抽气口(26)与真空发生装置连通，所述浮板(3)采用导磁金属材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种真空预载气浮支承结构，其特征在于，所述调节腔的大端内设置在真空节流板(5)的下方滑动设置有堵头(6)，所述堵头(6)的上端面向下凹陷形成凹槽，所述真空节流板(5)的下端面设置有凸起(27)，所述凸起(27)的自由端嵌入凹槽内，所述凸起(27)的外壁与凹槽的内壁紧贴，所述凸起(27)的底部与凹槽之间形成孔腔(28)，通过滑动堵头(6)调节孔腔(28)的大小，所述堵头(6)的上端面低于抽气口(26)。
3.根据权利要求2所述的一种真空预载气浮支承结构，其特征在于，所述凸起(27)为圆柱结构，所述凹槽为与圆柱结构相配合的圆形槽。
4.根据权利要求1所述的一种真空预载气浮支承结构，其特征在于，所述真空节流板(5)上设置有多个过孔(25)；多个过孔(25)呈环形阵列布置。
5.根据权利要求1所述的一种真空预载气浮支承结构，其特征在于，所述真空节流板(5)为弹性元件。
6.根据权利要求1所述的一种真空预载气浮支承结构，其特征在于，所述调节腔的大端和小端内壁连接处为圆弧过渡。
7.根据权利要求1所述的一种真空预载气浮支承结构，其特征在于，所述调节腔的大端和小端均为圆形孔结构，所述调节腔的大端和小端具有相同轴向，所述永磁体(4)为柱状结构，所述永磁体(4)的外径小于调节腔的小端内径。
8.根据权利要求7所述的一种真空预载气浮支承结构，其特征在于，所述永磁体(4)与调节腔的小端具有相同轴向，且永磁体(4)的轴向高度大于节腔小端的轴向长度。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种真空预载气浮支承结构，其特征在于，所述真空腔(23)设置在基板(1)的中心，若干节流塞(2)呈环形阵列布置在真空腔(23)外侧。
10.如权利要求1-9任一项所述的一种真空预载气浮支承结构应用，其特征在于，用于装置的真空度调节或压力调节。
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