CN117249166A - 一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构 - Google Patents

一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构 Download PDF

Info

Publication number
CN117249166A
CN117249166A CN202311335566.5A CN202311335566A CN117249166A CN 117249166 A CN117249166 A CN 117249166A CN 202311335566 A CN202311335566 A CN 202311335566A CN 117249166 A CN117249166 A CN 117249166A
Authority
CN
China
Prior art keywords
air
gas recovery
gas
platform
pressure
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
CN202311335566.5A
Other languages
English (en)
Inventor
高席丰
王继尧
吴剑威
刘欢
赵鹏越
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.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
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 Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN202311335566.5A priority Critical patent/CN117249166A/zh
Publication of CN117249166A publication Critical patent/CN117249166A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • F16C32/0622—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
    • 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
    • F16C32/0662—Details of hydrostatic bearings independent of fluid supply or direction of load
    • 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
    • F16C32/0662—Details of hydrostatic bearings independent of fluid supply or direction of load
    • F16C32/067—Details of hydrostatic bearings independent of fluid supply or direction of load of bearings adjustable for aligning, positioning, wear or play
    • 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
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/005—Fluid passages not relating to lubrication or cooling
    • 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
    • F16C2322/00—Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/39—General buildup of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

本发明提供一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构，属于气浮支撑技术领域。该结构改善了上述背景技术中提到的气体扰动的问题，提高了结构的精度及性能。气浮平台布置在大理石平台上方，节流器及气体回收单元均布置在气浮平台内部，节流器的出气口及气体回收单元的进气口均位于气浮平台的下表面，气源为节流器提供高压气体，充至气浮平台与大理石平台间形成气膜，形成气膜的余量气流经气体回收单元回收并定向排出。该结构引入气体回单元，有效避免了气浮轴承排放气体对周围产生的扰动，提高了精密仪器的测量精度和运动精度；该结构将节流管道设置成倾斜式，减小高压气体从节流孔流出时对气浮轴承产生的微振动，使气体流动更稳定。

Description

一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构
技术领域
本发明属于气浮支撑技术领域，特别是涉及一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构。
背景技术
气浮静压轴承具有高精度、无摩擦、清洁无污染等优点，被广泛应用于超精密机床、光刻机等精密仪器与制造领域；因其特有的低摩擦、温升小的优点，大幅度地减小了运动部件间摩擦、发热及变形引起的误差，实现了运动机构的精度由微米量级向纳米量级地提升，已成为精密和超精密加工装备的主流支承方式；当气浮静压轴承工作气膜厚度达到几微米时，气膜内气体流态发生变化，气浮轴承的承载性、刚度、稳定性随之发生变化，气浮静压轴承内部气体流动引发的振动仍然不可忽视，而且气浮预紧力问题一直制约着高速运动过程的气浮轴承；所以，气浮静压轴承的静、动态性能提升方面一直制约着轴承进一步提升和发展的重要问题；在现有的气浮静压轴承的工作过程中，高压气体直接排放到大气或者仪器设备中，所以导致生成的气体扰动会直接严重影响仪器装备的测量精度，特别是在光学精密测量或超精密运动台中。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明公开一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构，该结构改善了上述背景技术中提到的气体扰动的问题，提高了结构的精度及性能。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构，包括大理石平台、气浮平台、节流器及气体回收单元；所述气浮平台布置在大理石平台上方，所述节流器及气体回收单元均布置在气浮平台内部，节流器的出气口位于气浮平台下表面，气体回收单元的进气口位于气浮平台的下表面，气源提供高压气体通入节流器中，充至气浮平台与大理石平台间形成高压气膜，形成高压气膜的余量气流经气体回收单元回收定向排出。
所述气膜调控及气体回收的气浮轴承结构，还包括多个电磁块；多个所述电磁块以环形排列的方式内嵌在气浮平台的底面上，所述大理石平台上表面固定布设导磁体，通过设置通入电磁块中的电流大小，调节电磁块对导磁体吸附强度，结合气源提供的高压气体的压力控制高压气膜的厚度。
本发明的有益效果：该结构引入了气体回单元，有效的避免了气浮轴承排放气体对周围产生的扰动，从而提高了精密仪器的测量精度和运动精度；通过在气浮轴承中加入电磁块，同时在大理石平台上端设置导磁体，有效地控制气浮轴承工作气膜厚度，能够实现对气浮轴承的垂向调节；同时，本发明通过将节流管道设置成倾斜方式，减小了高压气体从节流孔流出对气浮轴承产生的微振动，从而使气体流动变的更加稳定，另一方面支管道的倾斜方向均为下端靠近圆心方向，更好的保证流出气体更多的从中间抽气腔流出；通过在气浮轴承表面靠近边缘气体回收腔处加入了二次节流腔，使高压气体流入边缘气体回收腔前气体流动更加稳定，和较小气体流动速度，从而提升高压气体的回收效率。
附图说明
在附图中：
图1是本发明剖面结构示意图；
图2是本发明气浮平台仰视图；
图3是图1中C部局部放大图；
图4是图1中B部局部放大图；
图5是图2中A-A向剖面视图；
图6是基于图5所示内容增大气膜厚度示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步详细的说明。附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构，包括大理石平台1、气浮平台2、节流器3及气体回收单元4；所述气浮平台2布置在大理石平台1上方，所述节流器3及气体回收单元4均布置在气浮平台2内部，节流器3的出气口位于气浮平台下表面，气体回收单元4的进气口位于气浮平台2的下表面，气源提供高压气体通入节流器3中，充至气浮平台2与大理石平台1间形成高压气膜7，形成高压气膜7的余量气流经气体回收单元4回收定向排出。
所述气膜调控及气体回收的气浮轴承结构，还包括多个电磁块5；多个所述电磁块5以环形排列的方式内嵌在气浮平台2的底面上，所述大理石平台1上表面固定布设导磁体，通过设置通入电磁块5中的电流大小，调节电磁块5对导磁体吸附强度，结合气源提供的高压气体的压力控制高压气膜7的厚度。
当需要主动控制气浮平台2的水平向运动时，则需要通过驱动方式将气浮平台2在大理石平台1上滑动，由于与电磁块5相配合的导磁体均匀分布在大理石平台上端，所以只需要对气浮平台2进行驱动即可满足对气浮平台2运动过程中气浮静、动态特性的控制。
所述节流器3包括气体入口3-1、节流管道3-2及压力腔3-4；所述节流管道3-2布设在气浮平台2内部，节流管道3-2下方出气端于气浮平台2下表面设置压力腔3-4，节流管道3-2进气端与气体入口3-1通气连通，气源供给高压气体通过气体入口3-1进入节流器3，充至气浮平台2与大理石平台1间形成高压气膜7，所述节流管道3-2的供气压力由压力阀控制。
所述节流管道3-2包括主管道和支管道，一个主管道下方设置多个支管道，每个支管道下方的出气端均通过设置节流孔3-3与压力腔3-4通气连通，即于气浮平台2下表面形成多个压力腔3-4，每个所述支管道均以由上至下逐渐靠近气浮平台2轴线的方式倾斜设置。
在本实施方式中，通过将节流管道3-2设置成倾斜方式，较小了高压气体从节流小孔流出对气浮轴承产生的微振动，从而使气体流动变的更加稳定，另一方面将三排节流孔3-3直接连通的节流管道倾斜方向均靠近中间一侧，更好的保证流出气体更多的从中间抽气腔流出。
多个所述支管道等数分为多组，每组中的多个支管道在气浮平台2自圆心向外发散的径向线上等间距布置，多组支管道绕气浮平台2轴线均布设置。
每个所述电磁块5均布置在每相邻两组支管道间的气浮平台2的底面上。
所述气体回收单元4包括气体回收口4-1、抽气管道4-2、边缘抽气口4-3、边缘气体回收腔4-4、中间抽气口4-5和中间气体回收腔4-6；所述中间气体回收腔4-6设置于气浮平台2底面中心位置，多个所述边缘气体回收腔4-4均布环绕设置在气浮平台2底面边缘处，所述抽气管道4-2布设在气浮平台2内部，抽气管道4-2的出气端设置有与外界连通的气体回收口4-1，所述中间气体回收腔4-6与多个边缘气体回收腔4-4，分别通过中间抽气口4-5及多个边缘抽气口4-3与抽气管道4-2通气连通。
在本实施方式中，所述中间气体回收腔4-6的水平截面图为正方形；多个边缘气体回收腔4-4的水平截面图均为圆形。
所述气浮平台2的底面设置二次节流腔6，所述二次节流腔6呈圆环形，设置在边缘气体回收腔4-4内圈处。
在本实施方式中，通过在气浮平台2底面面靠近边缘气体回收腔4-4处加入了二次节流腔6，使高压气体流入边缘气体回收腔前气体流动更加稳定，和较小气体流动速度，从而提升高压气体的回收效率。
所述压力腔3-4位于边缘气体回收腔4-4与中间气体回收腔4-6之间。
所述气浮平台2采用工业航空铝材料制成，并且气浮平台2的底面经过纳米级别精加工。
工作原理：
本发明的工作原理为：当需要增大高压气膜7厚度时，通过增大气源提供高压气体的供气压力或减小通过电磁块5的电流，使气浮平台2与大理石平台1之间的高压气膜7达到所需厚度，反之，如需要减小高压气膜7厚度时，通过减小气源提供高压气体的供气压力或增大通过电磁块5的电流，使气浮平台2与大理石平台1之间的高压气膜7达到所需厚度。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构，其特征在于：包括大理石平台(1)、气浮平台(2)、节流器(3)及气体回收单元(4)；所述气浮平台(2)布置在大理石平台(1)上方，所述节流器(3)及气体回收单元(4)均布置在气浮平台(2)内部，节流器(3)的出气口位于气浮平台(2)下表面，气体回收单元(4)的进气口位于气浮平台(2)的下表面，气源提供高压气体通入节流器(3)中，充至气浮平台(2)与大理石平台(1)间形成高压气膜(7)，形成高压气膜(7)的余量气流经气体回收单元(4)回收定向排出。
2.根据权利要求1所述的一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构，其特征在于：所述气膜调控及气体回收的气浮轴承结构，还包括多个电磁块(5)；多个所述电磁块(5)以环形排列的方式内嵌在气浮平台(2)的底面上，所述大理石平台(1)上表面固定布设导磁体，通过设置通入电磁块(5)中的电流大小，调节电磁块(5)对导磁体吸附强度，结合气源提供的高压气体的压力控制高压气膜(7)的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构，其特征在于：所述节流器(3)包括气体入口(3-1)、节流管道(3-2)及压力腔(3-4)；所述节流管道(3-2)布设在气浮平台(2)内部，节流管道(3-2)下方设有多个出气端，并分别与气浮平台(2)下表面设置的多个压力腔(3-4)连通，节流管道(3-2)进气端与气体入口(3-1)通气连通，气源供给高压气体通过气体入口(3-1)进入节流器(3)，充至气浮平台(2)与大理石平台(1)间形成高压气膜(7)。
4.根据权利要求3所述的一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构，其特征在于：所述节流管道(3-2)包括主管道和支管道，一个主管道下方设置多个支管道，每个支管道下方的出气端均通过设置节流孔(3-3)与压力腔(3-4)通气连通，每个所述支管道均以由上至下逐渐靠近气浮平台(2)轴线的方式倾斜设置。
5.根据权利要求4所述的一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构，其特征在于：多个所述支管道等数分为多组，每组中的多个支管道在气浮平台(2)自圆心向外发散的径向线上等间距布置，多组支管道绕气浮平台(2)轴线均布设置。
6.根据权利要求5所述的一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构，其特征在于：每个所述电磁块(5)均布置在每相邻两组支管道间的气浮平台(2)的底面上。
7.根据权利要求1或6所述的一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构，其特征在于：所述气体回收单元(4)包括气体回收口(4-1)、抽气管道(4-2)、边缘抽气口(4-3)、边缘气体回收腔(4-4)、中间抽气口(4-5)和中间气体回收腔(4-6)；所述中间气体回收腔(4-6)设置于气浮平台(2)底面中心位置，多个所述边缘气体回收腔(4-4)均布环绕设置在气浮平台(2)底面边缘处，所述抽气管道(4-2)布设在气浮平台(2)内部，抽气管道(4-2)的出气端设置有与外界连通的气体回收口(4-1)，所述中间气体回收腔(4-6)与多个边缘气体回收腔(4-4)，分别通过中间抽气口(4-5)及多个边缘抽气口(4-3)与抽气管道(4-2)通气连通。
8.根据权利要求7所述的一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构，其特征在于：所述气浮平台(2)的底面设置二次节流腔(6)，所述二次节流腔(6)呈圆环形，设置在边缘气体回收腔(4-4)内圈处。
9.根据权利要求8所述的一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构，其特征在于：所述压力腔(3-4)位于边缘气体回收腔(4-4)与中间气体回收腔(4-6)之间。
10.根据权利要求1所述的一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构，其特征在于：所述气浮平台(2)采用工业航空铝材料制成，并且气浮平台(2)的底面经过纳米级别精加工。
CN202311335566.5A 2023-10-16 2023-10-16 一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构 Pending CN117249166A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311335566.5A CN117249166A (zh) 2023-10-16 2023-10-16 一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311335566.5A CN117249166A (zh) 2023-10-16 2023-10-16 一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117249166A true CN117249166A (zh) 2023-12-19

Family

ID=89127706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311335566.5A Pending CN117249166A (zh) 2023-10-16 2023-10-16 一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117249166A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117803659A (zh) * 2023-12-27 2024-04-02 中轴精控(广州)科技有限公司 一种智能静压气浮轴承装置及检测方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117803659A (zh) * 2023-12-27 2024-04-02 中轴精控(广州)科技有限公司 一种智能静压气浮轴承装置及检测方法
CN117803659B (zh) * 2023-12-27 2024-05-31 中轴精控(广州)科技有限公司 一种智能静压气浮轴承装置及检测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN117249166A (zh) 一种气膜调控及气体回收的气浮轴承结构
CN110039330B (zh) 一种高推力闭式气体静压转台
TWI407023B (zh) 自動補償液靜壓軸頸軸承
CN113124057B (zh) 基于多环带排气的静压气浮止推轴承
WO2020221094A1 (zh) 磁浮重力补偿装置
CN113217541B (zh) 多孔质环带排气型静压气浮止推轴承
CN102866596B (zh) 一种配装波纹管垂向解耦重力补偿器的微动台
CN102179532B (zh) 超高精度气静压轴承主轴系统
CN108788238B (zh) 一种带有径向可倾瓦块的深孔加工智能钻杆系统
CN102562828A (zh) 可控节流器
CN117249167A (zh) 一种气浮装置
CN108188417B (zh) 一种多重节流式静压气浮电主轴及其使用方法
CN101153631A (zh) 外间隙节流腔内孔式回油液体静压轴承
RU2008116345A (ru) Дроссельная заслонка и ее применение
CN102109011A (zh) 均压腔气浮止推轴承
CN101740449B (zh) 一种漩涡流硅片夹持器
CN111828478A (zh) 均压槽复合节流气体静压导轨及气模刚度分析方法
KR20180007234A (ko) 에어베어링을 구동 기반으로 하는 스택형의 리니어 스테이지 및 이를 포함하는 리니어 스테이지 장치
CN211525345U (zh) V型节流式重载静压气浮轴承
CN117249165A (zh) 一种磁气混合的主动式气浮支撑结构及支撑方法
CN109990156B (zh) 一种用于向高压圆盘气体轴承供气的等流量气流分配器
CN114251362A (zh) 一种微纳多孔节流气浮球面轴承
CN110939655A (zh) V型节流式重载静压气浮轴承
CN202520799U (zh) 可控节流器
CN114251360A (zh) 一种微纳多孔节流静压气浮止推轴承

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