專利名稱：均壓腔氣浮止推軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣浮軸承，尤其涉及一種均壓腔氣浮止推軸承。
背景技術(shù)：
氣浮止推軸承是超精密測量與加工系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它具有清潔、無摩擦等優(yōu)點。 隨著納米技術(shù)、先進(jìn)光學(xué)器件及集成電路等氣浮止推軸承應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，對氣浮止推軸 承的靜態(tài)性能及定位精度提出了更高的要求。均壓腔(槽)氣浮止推軸承以其承載大、剛 度高、耗氣量小的特點，成為近年來研究的熱點問題，但均壓腔(槽)氣室體積所引發(fā)的軸 承微振動危害其運動系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)性能，因而，制約了氣浮止推軸承精度。傳統(tǒng)均壓腔(槽)氣浮止推軸承，沿氣浮滑塊工作面(支撐面)法線方向的均壓 腔(槽)截面為矩形，軸承工作過程中，氣體由節(jié)流孔射入軸承間隙，在均壓腔(槽)內(nèi)流 體并非延平行流線流出，而是以渦流形式存在，渦流作用在軸承結(jié)構(gòu)時，在結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生表 面壓力波動，是引發(fā)軸承振動的重要因素。發(fā)明專利“多環(huán)聯(lián)結(jié)形均壓槽氣體靜壓導(dǎo)軌”(專利號200710164643. X)提出一 種精密氣體靜壓導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌(即基座)工作面(即支撐面)上，開設(shè)2個或3個相切的等 徑的圓環(huán)形均壓槽，提高止推軸承剛度，降低氣膜振幅。發(fā)明專利“混合式螺旋動靜壓氣體復(fù)合止推軸承”(專利號200510009632. 5)涉 及一種高速、高剛度、大載荷超精密螺旋槽動靜壓氣體復(fù)合止推軸承，在止推軸承工作面 上，靜壓氣浮供氣點分布圓兩側(cè)分別開有人字形動壓溝槽，在不增加氣浮軸承耗氣量的情 況下，軸承承載力比傳統(tǒng)靜壓氣浮軸承提高30%以上，軸承剛度比傳統(tǒng)靜壓氣浮軸承提高 15%以上。^"Mechanical assembly of shaft and static pressure bearing" 利號US5800066)提出了一種多孔質(zhì)、均壓槽及小孔節(jié)流相結(jié)合的復(fù)合節(jié)流形式，提高軸 承的穩(wěn)定性及靜態(tài)性能。然而多孔質(zhì)材料加工工藝復(fù)雜，多孔質(zhì)節(jié)流氣浮軸承制造難度大， 國內(nèi)應(yīng)用較為罕見。以上三篇專利所述均壓腔(槽)截面均為矩形，無法解決均壓腔(槽)內(nèi)渦流引 發(fā)的軸承微振動問題，使氣浮軸承精度受限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種均壓腔氣浮止推軸承，采用了漸擴的棱錐 均壓腔腔形，使高壓氣體經(jīng)節(jié)流孔流入軸承間隙過程中更易沿平行流線流出，抑制節(jié)流孔 附近渦流引發(fā)的軸承振動現(xiàn)象，降低微振動對整個運動系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能的危害。為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種均壓腔氣浮止推軸承，包括至少一個氣浮滑塊，每個氣浮滑塊的支撐面上至 少開設(shè)有一個棱錐均壓腔，所述支撐面與基座相對，所述棱錐均壓腔的錐底面與所述支撐 面齊平，所述棱錐均壓腔的頂點處設(shè)有一節(jié)流孔，所述節(jié)流孔與設(shè)于所述氣浮滑塊內(nèi)部的供氣管路相通，所述供氣管路與外部加壓氣源相通。所述棱錐均壓腔均布在每個氣浮滑塊的支撐面上。所述棱錐均壓腔為正棱錐均壓腔。所述棱錐均壓腔為三棱錐均壓腔、四棱錐均壓腔、五棱錐均壓腔或六棱錐均壓腔。所述棱錐均壓腔為四棱錐均壓腔，所述四棱錐均壓腔的錐底面為菱形，所述菱形 的兩條對角線的長度比在0. 75-1之間。所述棱錐均壓腔的深度小于0. 5mm。所述氣浮滑塊的支撐面開有真空腔，所述真空腔上開有若干真空孔，所述真空孔 與設(shè)于氣浮滑塊內(nèi)的真空管路相通。所述真空腔的深度為0. 5mm 6mm。所述氣浮滑塊的支撐面開有排氣槽，所述排氣槽開有排氣孔，所述排氣孔與設(shè)于 氣浮滑塊內(nèi)的排氣管路相通。所述氣浮滑塊的支撐面上設(shè)有硬質(zhì)陽極氧化涂層。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果本發(fā)明采用了漸擴的棱錐均壓腔腔形，使高壓氣體經(jīng)節(jié)流孔流入軸承間隙過程中 更易沿平行流線流出，從而抑制節(jié)流孔附近渦流引發(fā)的軸承振動現(xiàn)象，降低微振動對整個 運動系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能的危害。


本發(fā)明的均壓腔氣浮止推軸承由以下的實施例及附圖給出。圖1是實施例1帶有兩個氣浮滑塊的均壓腔氣浮止推軸承剖視圖；圖2是實施例1帶有單個均壓腔的氣浮滑塊的支撐面示意圖；圖3是實施例2帶有單個氣浮滑塊的均壓腔氣浮止推軸承剖視圖；圖4是實施例2帶有四個均壓腔的氣浮滑塊的支撐面示意圖；圖fe是現(xiàn)有的矩形截面的均壓腔氣浮止推軸承流線圖；圖恥是現(xiàn)有的矩形截面的均壓腔氣浮止推軸承流線細(xì)節(jié)圖；圖6a是本發(fā)明棱錐截面的均壓腔氣浮止推軸承流線圖；圖6b是本發(fā)明棱錐截面的均壓腔氣浮止推軸承流線細(xì)節(jié)圖；圖中1.氣浮滑塊的支撐面、2.棱錐均壓腔、3.節(jié)流孔、4.真空腔、5.真空孔、 6.排氣槽、7.排氣孔、8.氣浮滑塊、9.基座、10.矩形均壓腔、11.真空管路、12.排氣管路、 13.供氣管路。
具體實施例方式以下將對本發(fā)明的均壓腔氣浮止推軸承作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。下面將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例， 下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能 和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實際實施例的開 發(fā)中，必須做出大量實施細(xì)節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費 時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作 進(jìn)一步的說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方 便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。實施例1請參閱圖1和圖2，圖1所示為實施例1帶有兩個氣浮滑塊的均壓腔氣浮止推軸承 剖視圖；圖2所示為實施例1帶有單個均壓腔的氣浮滑塊的支撐面示意圖。這種均壓腔氣浮止推軸承，包括至少一個氣浮滑塊8，本實施例中包括兩個氣浮滑 塊8。所述每個氣浮滑塊的支撐面1上至少開設(shè)有一個內(nèi)凹的棱錐均壓腔2，即沿氣浮滑塊 的支撐面1的法線方向的均壓腔截面為棱錐形。本實施例中，每個氣浮滑塊8上設(shè)有一個 棱錐均壓腔2，所述棱錐均壓腔2設(shè)置在所述氣浮滑塊8的中心部位。所述氣浮滑塊的支撐 面1與基座相對。所述棱錐均壓腔2的錐底面與所述支撐面齊平，所述棱錐均壓腔2的頂點處設(shè)有 一節(jié)流孔3。所述節(jié)流孔3直徑為0. 1 0. 25mm。所述節(jié)流孔3的加工方法為在鋁合金材 料上實施鉆或激光打孔。所述節(jié)流孔3與設(shè)于所述氣浮滑塊8內(nèi)部的供氣管路13相通，所 述供氣管路13與外部加壓氣源相通。所述棱錐均壓腔2可以是正棱錐均壓腔，也可以是其他型式的棱錐均壓腔，如可 以是三棱錐均壓腔、四棱錐均壓腔、五棱錐均壓腔或六棱錐均壓腔等等。本實施例中，所述 棱錐均壓腔2為四棱錐均壓腔。所述四棱錐均壓腔的錐底面為菱形，所述菱形的兩條對角 線的長度比優(yōu)選在0. 75-1之間，可以使高壓氣體經(jīng)節(jié)流孔3流入軸承間隙過程中更易沿平 行流線流出，從而抑制節(jié)流孔3附近渦流引發(fā)的軸承振動現(xiàn)象。所述棱錐均壓腔2的深度小于0. 5謹(jǐn)(0. 5謹(jǐn)=500 μ m)，優(yōu)選為15 μ m 25 μ m。 本實例中，所述棱錐均壓腔2的深度為20 μ m。所述棱錐均壓腔2的加工方法為在鋁合金材 料上實施精密銑或激光消融。所述氣浮滑塊8的主體材料為航空鋁。所述基座9的主體材料為大理石或航空鋁。 另外，為確保氣浮滑塊的支撐面1擁有足夠強的硬度及耐磨性，在氣浮滑塊的支撐面1上施 加硬質(zhì)陽極氧化涂層。實施例2請參閱圖3和圖4，圖3所示為實施例2帶有單個氣浮滑塊的均壓腔氣浮止推軸承 剖視圖；圖4所示為實施例2帶有四個均壓腔的氣浮滑塊的支撐面示意圖。這種均壓腔氣 浮止推軸承，包括一個氣浮滑塊8和一個基座9，所述氣浮滑塊8是圓形的。所述氣浮滑塊 的支撐面1沿圓周方向均設(shè)四個棱錐均壓腔2，在每個棱錐均壓腔2頂點處分別設(shè)置一個節(jié) 流孔3。所述節(jié)流孔3分別與設(shè)于氣浮滑塊8內(nèi)部供氣管路13相通。另外，所述氣浮滑塊的支撐面1開設(shè)有一個圓形的真空腔4，所述真空腔4開設(shè)一 個真空孔5，所述真空孔5位于所述氣浮滑塊8的中心位置。所述真空孔5與真空管路11 相通，所述真空管路11設(shè)于所述氣浮滑塊8的內(nèi)部。所述真空腔4深度為0. 5mm 6mm。 所述真空腔4的加工方法為銑或鏜。通過增設(shè)真空腔4及其真空管路11可以增加氣浮止 推軸承的預(yù)載力，從而增加氣浮止推軸承的剛度。
另外，所述氣浮滑塊的支撐面1開設(shè)有環(huán)形的排氣槽6，所述排氣槽6均設(shè)有四個 排氣孔7，所述排氣孔7與排氣管路12相通，所述排氣管路12設(shè)于所述氣浮滑塊8的內(nèi)部。 所述排氣槽6深度為0. 5mm 6mm。所述排氣槽6的加工方法為銑或車。通過增設(shè)排氣槽 6及其排氣管路12可以使得由節(jié)流孔3流出的氣體更加順利排出，從而進(jìn)一步使得高壓氣 體經(jīng)節(jié)流孔3流入軸承間隙過程中更易沿平行流線流出。所述氣浮滑塊8的主體材料為航空鋁；基座9的主體材料為大理石或航空鋁。節(jié) 流孔3的加工方法為在鋁合金材料上實施鉆或激光打孔。棱錐均壓腔2的加工方法為在鋁 合金材料上實施精密銑或激光消融。為確保氣浮滑塊的支撐面1擁有足夠強的硬度及耐磨 性，在氣浮滑塊的支撐面上1施加硬質(zhì)陽極氧化涂層。棱錐均壓腔2深度小于50 μ m。節(jié)流 孔3直徑為0. 1 0. 25mm。運用CFD (計算流體力學(xué))軟件對現(xiàn)有的矩形截面的均壓腔氣浮止推軸承的流場 進(jìn)行仿真，得到的氣膜流線如圖5a所示，圖中，矩形均壓腔10設(shè)置于氣浮滑塊的支撐面1。 均壓槽內(nèi)流線的細(xì)節(jié)如圖恥所示。從圖fe和圖恥可見現(xiàn)有的矩形截面的均壓腔氣浮止 推軸承的流場內(nèi)存在大范圍渦流。而運用CFD軟件對本發(fā)明棱錐截面的均壓腔氣浮止推軸 承的流場進(jìn)行仿真，得到氣膜流線如圖6a所示，均壓腔內(nèi)流線細(xì)節(jié)如圖6b所示。從圖6a 和圖恥可見本發(fā)明棱錐截面的均壓腔氣浮止推軸承內(nèi)，氣體基本按平行流線流出。對比現(xiàn) 有的矩形截面的均壓腔氣浮止推軸承，本發(fā)明棱錐截面的均壓腔氣浮止推軸承流孔及均壓 腔(槽)內(nèi)的渦流得到顯著抑制，從而降低微振動對整個運動系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能的危 害，有效提高了氣浮止推軸承的精度。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種均壓腔氣浮止推軸承，其特征在于，包括至少一個氣浮滑塊，每個氣浮滑塊的支 撐面上至少開設(shè)有一個棱錐均壓腔，所述支撐面與基座相對，所述棱錐均壓腔的錐底面與 所述支撐面齊平，所述棱錐均壓腔的頂點處設(shè)有節(jié)流孔，所述節(jié)流孔與設(shè)于所述氣浮滑塊 內(nèi)部的供氣管路相通，所述供氣管路與外部加壓氣源相通。
2.如權(quán)利要求1所述的均壓腔氣浮止推軸承，其特征在于，所述棱錐均壓腔均布在每 個氣浮滑塊的支撐面上。
3.如權(quán)利要求1所述的棱錐均壓腔，其特征在于，所述棱錐均壓腔為正棱錐均壓腔。
4.如權(quán)利要求1所述的均壓腔氣浮止推軸承，其特征在于，所述棱錐均壓腔為三棱錐 均壓腔、四棱錐均壓腔、五棱錐均壓腔或六棱錐均壓腔。
5.如權(quán)利要求4所述的均壓腔氣浮止推軸承，其特征在于，所述棱錐均壓腔為四棱錐 均壓腔，所述四棱錐均壓腔的錐底面為菱形，所述菱形的兩條對角線的長度比在0. 75-1之 間。
6.如權(quán)利要求1所述的均壓腔氣浮止推軸承，其特征在于，所述棱錐均壓腔的深度小 于 0. 5mmο
7.如權(quán)利要求1所述的均壓腔氣浮止推軸承，其特征在于，所述氣浮滑塊的支撐面開 有真空腔，所述真空腔上開有若干真空孔，所述真空孔與設(shè)于氣浮滑塊內(nèi)的真空管路相通。
8.如權(quán)利要求7所述的均壓腔氣浮止推軸承，其特征在于，所述真空腔的深度為 0. 5mm 6mmο
9.如權(quán)利要求1所述的均壓腔氣浮止推軸承，其特征在于，所述氣浮滑塊的支撐面開 有排氣槽，所述排氣槽開有排氣孔，所述排氣孔與設(shè)于氣浮滑塊內(nèi)的排氣管路相通。
10.如權(quán)利要求1所述的均壓腔氣浮止推軸承，其特征在于，所述氣浮滑塊的支撐面上 設(shè)有硬質(zhì)陽極氧化涂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣浮軸承，尤其涉及一種均壓腔氣浮止推軸承。這種均壓腔氣浮止推軸承，包括至少一個氣浮滑塊，每個氣浮滑塊的支撐面上至少開設(shè)有一個棱錐均壓腔，所述支撐面與基座相對，所述棱錐均壓腔的錐底面與所述支撐面齊平，所述棱錐均壓腔的頂點處設(shè)有一節(jié)流孔，所述節(jié)流孔與設(shè)于所述氣浮滑塊內(nèi)部的供氣管路相通，所述供氣管路與外部加壓氣源相通。本發(fā)明采用了漸擴的棱錐均壓腔腔形，使高壓氣體經(jīng)節(jié)流孔流入軸承間隙過程中更易沿平行流線流出，從而抑制節(jié)流孔附近渦流引發(fā)的軸承振動現(xiàn)象，降低微振動對整個運動系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能的危害。
文檔編號F16C32/06GK102109011SQ20091020094
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者王茜, 袁志揚 申請人:上海微電子裝備有限公司