CN114251362A - 一种微纳多孔节流气浮球面轴承 - Google Patents

一种微纳多孔节流气浮球面轴承 Download PDF

Info

Publication number
CN114251362A
CN114251362A CN202011014264.4A CN202011014264A CN114251362A CN 114251362 A CN114251362 A CN 114251362A CN 202011014264 A CN202011014264 A CN 202011014264A CN 114251362 A CN114251362 A CN 114251362A
Authority
CN
China
Prior art keywords
micro
spherical bearing
air
nano
nano porous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011014264.4A
Other languages
English (en)
Inventor
于普良
尹先雄
徐珲
李世泽
鲁炅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Original Assignee
Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Science and Engineering WUSE filed Critical Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority to CN202011014264.4A priority Critical patent/CN114251362A/zh
Publication of CN114251362A publication Critical patent/CN114251362A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0603—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion
    • F16C32/0614—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings
    • F16C32/0618—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings via porous material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0603—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion
    • F16C32/0614—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings
    • F16C32/0622—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings via nozzles, restrictors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2370/00—Apparatus relating to physics, e.g. instruments
    • F16C2370/20—Optical, e.g. movable lenses or mirrors; Spectacles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

本发明公开了一种微纳多孔节流静压气浮球面轴承装置，其特征在于：气浮球面轴承内表面布置一个或者多个微纳多孔节流器，微纳多孔节流器为薄片结构，厚度为0.1‑10mm，直径为1‑100mm，薄片结构上开有微纳多孔，微纳多孔直径为微米级和纳米级尺度，微纳多孔数目在几十到几百万之间，不同直径大小的多孔可以根据设计自由组合（微米级、纳米级或者微米级和纳米级混合多孔组合），然后通过优化进行合理布局。本发明不仅可以显著提高气浮球面轴承的稳定性和力学特性，而且可以有效降低气浮球面轴承的自激振动。此外，按照本发明的微纳多孔节流静压气浮球面轴承具有高速度和高精度等优点，因此尤其适用于超精密半导体设备和微/纳机电系统等领域。

Description

一种微纳多孔节流气浮球面轴承
技术领域
本发明涉及一种微纳多孔节流静压气浮球面轴承，能够显著提高气浮球面轴承的稳定性，同时可以降低气浮球面轴承自激振动，主要应用于集成电路制造和精密光学等领域。
背景技术
气浮球面轴承具有高速度、高精度、无摩擦发热和超洁净等优点，广泛应用于微纳加工与制造等领域。 然而，气体轴承存在承载力低、刚度弱和微振动等问题：一方面高速气体的湍流流动引发的微振动会影响超精密运动系统的动力学特性；另一方面，传统气浮支承阻尼弱，难以快速衰减外界扰动。 传统气浮球面轴承节流方式主要包括小孔节流，狭缝节流和多孔介质节流。狭缝节流对加工要求精度高，价格昂贵；多孔节流中的多孔材料小孔大小及分布均不理想，材料的差异性会导致气浮球面轴承的稳定性不一致。由此可见，小孔节流是传统气浮球面轴承的主要节流方式。 但是，随着超精密加工和超精密定位要求越来越苛刻，小孔节流存在的湍流自激振动逐渐制约超紧密加工和超精密定位的提升。因此，需要设计一种高稳定性且自激振动小的气体球面轴承。
发明内容
本发明的目的是在于解决上述技术上的不足，改善上述气浮球面轴承自激振动的缺点，该气浮球面轴承内表面均匀布置一个或者多个微纳多孔节流器，微纳多孔直径大小为微米级和纳米级尺度，不同直径大小的多孔可以根据设计自由组合（微米级多孔组合、纳米级多孔组合或者微米级和纳米级混合多孔组合），通过优化设计进行合理布局（包括均匀分布和非均匀分布），因此，该气浮球面轴承更具有更高稳定性和良好的动力学特性。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是一种微纳多孔节流静压气浮球面轴承，气浮球面轴承内表面均匀布置一个或者多个微纳多孔节流器，即气浮球面轴承底部中心处设置一个微纳多孔节流器、或者四周分布多排微纳多孔节流器（每排周向均匀分布多个微纳多孔节流器）、或者气浮球面轴承底部中心处设置一个微纳多孔节流器且四周分布多排微纳多孔节流器（每排周向均匀分布多个微纳多孔节流器）。
该微纳多孔节流器为薄片结构，厚度为0.1-10mm，直径为1-100mm，薄片结构上开有微纳多孔，微纳多孔的直径为微米级或者纳米级尺度，不同直径大小的多孔可以根据设计自由组合（微米级多孔组合、纳米级多孔组合或者微米级和纳米级混合多孔组合），并对其进行优化设计和合理布局。
本发明提供的一种微纳多孔节流静压气浮球面轴承具有很多优点，微纳多孔直径大小为微米级和纳米级，不同直径大小的多孔可以自由组合，然后优化设计进行合理布局。这样可以克服多孔介质易堵塞的问题，气流更均匀和更稳定。因此，能够显著改善气浮球面轴承动力学特性，并实现气浮球面轴承的更高稳定性，适用于微/纳机电系统、纳米加工与制造技术等超精密制造领域。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术手段实现的： 提供了一种微纳多孔节流静压气浮球面轴承，包括气浮球面轴承本体、微纳多孔节流器和半球状支承部件，其中：气浮球面轴承本体开设有气体通道，高压气体由进气口进入气体通道，先后流经气体通道、气腔、微纳多孔，扩散至气浮球面轴承本体内表面和半球状支承部件外表面之间的间隙，最终排放至大气环境，构成了静压气体润滑支承，实现被支承物体的悬浮。
所述的微纳多孔节流器的微纳多孔直径大小为微米级和纳米级尺度，微纳多孔数目在几十到几百万之间，不同直径大小的多孔可以根据设计自由组合（微米级多孔组合、纳米级多孔组合或者微米级和纳米级混合多孔组合），然后通过优化进行合理布局（包括均匀分布和非均匀分布）。
所述的微纳多孔节流静压气浮球面轴承内表面均匀布置一个或者多个微纳多孔节流器，即气浮球面轴承底部中心处设置一个微纳多孔节流器、或者四周分布多排微纳多孔节流器（每排周向均匀分布多个微纳多孔节流器）、或者气浮球面轴承底部中心处设置一个微纳多孔节流器且四周分布多排微纳多孔节流器（每排周向均匀分布多个微纳多孔节流器）。
所述的微纳多孔节流静压气浮球面轴承内表面分布的微纳多孔为通孔。 总体而言，相比于现有技术，本发明所提供的一种微纳多孔节流静压气浮球面轴承采用微米级和纳米级多孔自由组合，并优化设计进行合理布局，能够显著改善气浮球面轴承动力学特性，实现气浮球面轴承的更高的稳定性。
此外，按照本发明的微纳多孔节流静压气浮球面轴承不仅可以改善气浮球面轴承动力学特性，而且可以有效的降低气浮球面轴承的自激振动，因此尤其适用于纳米制造与加工、高速主轴等领域。
附图说明
图1为本发明所述的微纳多孔节流静压气浮球面轴承结构示意图。
图2为本发明所述的微纳多孔节流器俯视放大示意图。微米级多孔组合或者纳米级多孔组合，且均匀分布。
图3为本发明所述的微纳多孔节流器截面放大示意图。微纳多孔为直孔。
图4为本发明所述的微纳多孔分布放大示意图。微纳多孔布局分别为放射状型、田字型、米字形、矩形。
图5为本发明所述的微纳多孔节流器俯视放大示意图。微米级多孔和纳米级多孔混合，且均匀分布。
图6为本发明所述的微纳多孔节流器俯视放大示意图。微米级多孔和纳米级多孔混合，且非均匀分布。
1、气浮球面轴承本体；2、微纳多孔节流器；3、气腔；4、微纳多孔；5、气体通道；6、进气口；7、气膜；8、半球状支承部件。
具体实施方式
为了更详细的阐述本发明的技术手段及优点，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。此处所描述的实施例仅是说明性，非限定性的，本发明的保护范围不受这些实施例的限制。
图1是按照本发明优选实施例一所构建的微纳多孔节流静压气浮球面轴承结构示意图。
如图1所示，该微纳多孔节流静压气浮球面轴承包括气浮球面轴承本体（1）、微纳多孔节流器（2）和半球状支承部件（7）三部分。
如图1所示，高压气体沿进气口（6）流入气体通道（5），经过气腔（3）和微纳多孔（4），然后进入气浮球面轴承本体（1）内表面和半球状支承部件（8）外表面之间的间隙，然后向四周扩散流动，最后经外边界排至大气环境，此过程形成具有特定压力的气体薄膜（7），实现气浮球面轴承本体（1）与半球状支承部件（8）之间的无接触悬浮。
如图1所示，本实施案例中的气浮球面轴承本体内表面形状和半球状支承部件的外表面拟采用球面。
如图1所示，本实施案例中的气浮圆柱轴承本体（1）拟采用的是气浮球面轴承底部中心处设置一个微纳多孔节流器且四周分布单排微纳多孔节流器（单排周向均匀分布4个微纳多孔节流器）。
如图2所示，本实施案例中的气浮圆柱轴承本体（1）的微纳多孔节流器（2）的拟采用圆形。
如图2所示，本实施案例中微纳多孔节流器（2）中的微纳多孔拟采用放射状型，微米级或纳米级多孔（4）均匀分布在圆内。
如图3所示，本实施案例中微纳多孔（4）拟采用为直孔。 如图4所示，本实施案例中微纳多孔节流器（2）拟采用放射状型（a）、米字形（b）、矩形（c）、田字型（d）。
如图5所示，本实施案例中微纳多孔节流器（2）拟采用微米级多孔（4a）和纳米级多孔（4b）混合，且均匀分布。
如图6所示，本实施案例中微纳多孔节流器（2）拟采用微米级多孔（4a）和纳米级多孔（4b）混合，且非均匀分布。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护范围。

Claims (7)

1.一种微纳多孔节流静压气浮球面轴承，包括气浮球面轴承本体（1）、微纳多孔节流器（2）和半球状支承部件（8），其特征在于：气浮球面轴承的本体（1）内表面和半球状支承部件（8）外表面均为球面，气浮球面轴承本体（1）设有气体通道（5），高压气体由进气口（6）通过气体通道（5）进入气腔（3），再通过微纳多孔节流器（2）中的微纳多孔（4），然后扩散到气浮球面轴承本体（1）内表面和半球状支承部件（6）外表面之间的间隙（7），形成一层具有一定压力的气体润滑薄膜（8），气膜内的气体最后经外部边界排出，从而构成了静压气体润滑球面支承，实现被支承物体无刚性接触地悬浮。
2.根据权利要求1所述的微纳多孔节流静压气浮球面轴承，其特征在于：气浮球面轴承本体（1）内表面形状和半球状支承部件（7）的外表面均为球面。
3.根据权利要求1所述的微纳多孔节流静压气浮球面轴承，其特征在于：气浮球面轴承本体（1）的微纳多孔（4）的分布可以为放射状型、十字型、米字形、井型、口字型、H型、环形、矩形、圆形、三角形等。
4.根据权利要求1所述的微纳多孔节流静压气浮球面轴承，其特征在于：气浮球面轴承本体（1）的微纳多孔节流器（2）的横截面积可以为圆形、矩形、三角形、正方形等。
5.根据权利要求1所述的微纳多孔节流静压气浮球面轴承，其特征在于：气浮球面轴承本体（1）内表面均匀布置多个微纳多孔节流器（4）：即气浮球面轴承本体（1）底部中心处设置一个微纳多孔节流器（2）、或者四周分布多排微纳多孔节流器（2）（每排周向均匀分布多个微纳多孔节流器（2））、或者气浮球面轴承本体（1）底部中心处设置一个微纳多孔节流器（2）且四周分布多排微纳多孔节流器（2）（每排周向均匀分布多个微纳多孔节流器（2））。
6.根据权利要求1所述的微纳多孔节流静压气浮球面轴承，其特征在于：气浮球面轴承本体（1）内表面分布的微纳多孔可以为直孔、锥孔和斜孔等。
7.根据权利要求1所述的微纳多孔节流静压气浮球面轴承，其特征在于：气浮球面轴承本体（1）的微纳多孔（4）直径大小为微米尺度和纳米级尺度，微纳多孔数目在几十到几百万之间，不同直径大小的多孔可以根据设计自由组合（微米级多孔组合、纳米级多孔组合或者微米级和纳米级混合多孔组合），然后通过优化进行合理布局（包括均匀分布和非均匀分布）。
CN202011014264.4A 2020-09-24 2020-09-24 一种微纳多孔节流气浮球面轴承 Pending CN114251362A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011014264.4A CN114251362A (zh) 2020-09-24 2020-09-24 一种微纳多孔节流气浮球面轴承

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011014264.4A CN114251362A (zh) 2020-09-24 2020-09-24 一种微纳多孔节流气浮球面轴承

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114251362A true CN114251362A (zh) 2022-03-29

Family

ID=80789953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011014264.4A Pending CN114251362A (zh) 2020-09-24 2020-09-24 一种微纳多孔节流气浮球面轴承

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114251362A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114893499A (zh) * 2022-04-12 2022-08-12 天津航天机电设备研究所 一种气浮球轴承

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114893499A (zh) * 2022-04-12 2022-08-12 天津航天机电设备研究所 一种气浮球轴承
CN114893499B (zh) * 2022-04-12 2024-05-28 天津航天机电设备研究所 一种气浮球轴承

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106369056B (zh) 涡轮增压器
CN114251362A (zh) 一种微纳多孔节流气浮球面轴承
CN103267062B (zh) 一种多层鼓泡箔片动压气体止推轴承
CN113124057B (zh) 基于多环带排气的静压气浮止推轴承
CN110939656A (zh) 一种倾斜节流式静压气浮轴承
CN114321178A (zh) 一种微纳多孔节流静压气浮圆柱轴承
CN114251360A (zh) 一种微纳多孔节流静压气浮止推轴承
CN113217541B (zh) 多孔质环带排气型静压气浮止推轴承
CN108825656A (zh) 一种真空吸附型多孔质气体静压止推轴承
CN205876987U (zh) 一种真空预载气浮转台
CN114251361A (zh) 一种微纳多孔节流静压气浮圆锥轴承
CN219605837U (zh) 精密球凹面气浮轴承
CN114576269A (zh) 一种节流气浮轴承及其制备方法和应用
CN102109011B (zh) 均压腔气浮止推轴承
CN114517809B (zh) 一种基于藕状定向多孔节流的气体静压轴承
CN117249166A (zh) 一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构
CN108061096A (zh) 一种多孔质气体静压回转平台
CN208919085U (zh) 一种真空吸附型多孔质气体静压止推轴承
CN111237341A (zh) 一种动静压混合作用的气体止推轴承
CN114992242B (zh) 一种抗扰动气浮轴承
CN110939655A (zh) V型节流式重载静压气浮轴承
WO2022022100A1 (zh) 气体轴承、压缩机和空调系统
CN110594288B (zh) 一种基于纳米磁性液体的磁控柔性瓦块推力滑动轴承
US3195963A (en) Stepped gas bearing
CN220791793U (zh) 一种狭缝节流的球面气浮轴承结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination