專利名稱：一種主動(dòng)控制氣體軸承姿態(tài)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體軸承技術(shù)，具體涉及一種主動(dòng)控制氣體軸承姿態(tài)的裝置。
背景技術(shù)：
由于氣體這種流體本身具有粘度低，可壓縮性等特性，因此以氣體為 潤(rùn)滑介質(zhì)的氣體軸承具有①摩擦損耗小，速度高且高速運(yùn)動(dòng)溫升??；②運(yùn) 動(dòng)平滑，精度高，低速運(yùn)動(dòng)無(wú)爬行；③耐高溫、低溫及原子輻射的能力； ④無(wú)污染，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，所以氣體潤(rùn)滑技術(shù)廣泛應(yīng)用于超精 密加工領(lǐng)域。特別地，目前的超精密定位工作臺(tái)(定位精度達(dá)到微米級(jí)乃 至納米級(jí))絕大部分都是基于氣浮支承技術(shù)和直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的。
但是氣體軸承具有承載小、剛度低，可靠性差，制造精度高、造價(jià)貴
等缺點(diǎn)。因此，在工程應(yīng)用中，需要采取各種措施來(lái)克服這些缺點(diǎn)，以提 高工作臺(tái)的精度和可靠性，降低制造成本。
另外，傳統(tǒng)的精密工作臺(tái)沿運(yùn)動(dòng)方向的直線度誤差主要由氣浮導(dǎo)軌的 直線度和平整度決定，不具備誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)，因此對(duì)導(dǎo)軌的制造精度要求 很高，成本相應(yīng)也很高，并且工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的直線度誤差很難控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種主動(dòng)控制氣體軸承姿態(tài)的裝置，該裝置可 以靈活調(diào)整主動(dòng)軸承的姿態(tài)，并提高軸承的穩(wěn)定性和承載能力。本發(fā)明提供的主動(dòng)控制氣體軸承姿態(tài)的裝置，其特征在于該裝置包 括隨動(dòng)氣體軸承和主動(dòng)氣體軸承，二者上下相對(duì)安裝，兩個(gè)氣體軸承通過(guò) 壓縮彈簧隔開(kāi)并預(yù)緊，壓縮彈簧的兩端分別通過(guò)球形關(guān)節(jié)與兩個(gè)氣體軸承 連接；兩個(gè)氣體軸承的四個(gè)角上均裝有上、下位置相對(duì)的圓柱，各圓柱均 為磁性材料，隨動(dòng)氣體軸承上的四個(gè)圓柱上均繞有線圈。
本發(fā)明裝置裝有兩個(gè)相對(duì)的氣浮軸承，兩個(gè)軸承在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保持同 步。下面的主動(dòng)軸承用來(lái)承受外部載荷，上面的隨動(dòng)軸承跟隨主動(dòng)軸承運(yùn) 動(dòng)；兩軸承靠中心的高剛度壓縮彈簧隔開(kāi)。主動(dòng)和隨動(dòng)軸承之間設(shè)有四對(duì) 相互吸引的磁性圓柱，通過(guò)調(diào)整各對(duì)圓柱間的吸力大小，從而可以靈活調(diào) 整主動(dòng)軸承的姿態(tài)。具體而言，本發(fā)明具有以下技術(shù)特點(diǎn)
(1) 通過(guò)靈活適當(dāng)?shù)卣{(diào)整主動(dòng)軸承的姿態(tài)，可以提高軸承在高速運(yùn)動(dòng) 下的承載能力，也可以進(jìn)行誤差補(bǔ)償，降低運(yùn)動(dòng)中的直線度誤差，降低導(dǎo) 軌的制造成本，另外還可以提高軸承的穩(wěn)定性。
(2) 當(dāng)裝置高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，分別控制各對(duì)圓柱間吸力，調(diào)整軸承姿態(tài)， 使主動(dòng)軸承的氣膜間隙變成楔形間隙，以形成動(dòng)壓分布，主動(dòng)軸承變成動(dòng) 壓、靜壓結(jié)合，提高軸承的承載能力。
(3) 通過(guò)先測(cè)量整個(gè)裝置在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的直線度誤差，然后可以根據(jù) 所測(cè)得的誤差實(shí)時(shí)調(diào)整軸承的姿態(tài)，進(jìn)行誤差補(bǔ)償。這樣，可以降低對(duì)氣 浮導(dǎo)軌的直線度和平整度要求，降低其制造成本，而且還可以降低工作臺(tái) 在運(yùn)動(dòng)方向上的直線度誤差。
(4) 本發(fā)明裝置可.以通過(guò)調(diào)整姿態(tài)來(lái)有效地避免軸承發(fā)生"氣錘"現(xiàn) 象(氣體軸承的一種自激振動(dòng))，提高軸承的穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意4圖2為圖1的A-A剖視圖3為裝置向右高速運(yùn)動(dòng)時(shí)軸承姿態(tài)調(diào)節(jié)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)為氣體軸承5、 5，上、下相對(duì)安裝，
上軸承5，是隨動(dòng)軸承，下軸承5是主動(dòng)軸承，兩軸承通過(guò)大剛度壓縮彈簧 13隔開(kāi)并預(yù)緊，大的預(yù)緊力使主動(dòng)和隨動(dòng)軸承的氣膜厚度保持在一定范圍 內(nèi)，在此范圍內(nèi)軸承有大的剛度。壓縮彈簧13的兩端固連在球形關(guān)節(jié)6、 6， 的球體上，球形關(guān)節(jié)6、 6'的球體分別安裝在主動(dòng)軸承5和隨動(dòng)軸承5'的球 窩14、 14'內(nèi)，兩軸承可繞球形關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)。主動(dòng)軸承5上表面的四個(gè)角上裝 有四個(gè)圓柱l、 2、 3、 4,隨動(dòng)軸承5'下表面的四個(gè)角上裝有四個(gè)圓柱1'、 2，、 3，、 4，，且圓柱l、 2、 3、 4分別和圓柱1'、 2，、 3，、 4'相對(duì)，所有圓柱 的材料均是磁性的(如鐵鎳合金)。'隨動(dòng)軸承5'的四個(gè)圓柱l'、 2'、 3'、 4' 上分別繞有線圈9、 10、 11、 12，線圈9、 10、 11、 12分別通有電流L、 12、 L、 14，可以通過(guò)控制通電電流L、 12、 L、 Lt的大小，來(lái)改變兩軸承間相對(duì) 的四對(duì)圓柱的吸力的大小。整個(gè)裝置沿氣浮導(dǎo)軌7、 7'滑動(dòng)，氣浮導(dǎo)軌的平 整度、直線度要求比較高；軸承5、 5'和導(dǎo)軌7、 7'之間形成了氣膜間隙8、 8'，氣膜間隙內(nèi)存在氣壓分布以承受外載，其厚度一般在l(Him左右。
如圖2，當(dāng)整個(gè)裝置向右高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，圓柱3'、 4'上的線圈11、 12分 別通以較小的電流l3、 I"圓柱1'、 2'上的線圈9、 IO分別通以較大的電流 L、 12，因此圓柱對(duì)3和3'、 4和4'之間的吸力較小，圓柱對(duì)1禾B1'、2和2' 之間的吸力較大，主動(dòng)軸承將呈現(xiàn)如圖2所示的姿態(tài)，氣膜間隙變?yōu)槿鐖D 所示的楔形間隙(左高右低)。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中楔形間隙內(nèi)將形成動(dòng)壓氣膜，裝 置的速度越高，動(dòng)壓就越大。主動(dòng)軸承變成動(dòng)壓、靜壓結(jié)合，即混合軸承， 承載能力加大。而當(dāng)裝置向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，電流L、 L較小，h、 14較大，楔形間隙變?yōu)樽蟮陀腋?，以形成?dòng)壓。
當(dāng)裝置低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，或者負(fù)載很小時(shí)，四個(gè)線圈中通以相同大小的電 流，四個(gè)圓柱對(duì)的吸力大小相同，氣膜間隙將保持平行，動(dòng)壓不起作用， 此時(shí)主動(dòng)軸承是靜壓軸承。
所有電流的大小由控制系統(tǒng)控制，通過(guò)對(duì)線圈輸入不同的通電電流， 控制四對(duì)圓柱吸力的大小，使主動(dòng)軸承繞球形關(guān)節(jié)呈現(xiàn)不同的姿態(tài)，以適 應(yīng)不同工況的要求。
以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施 例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開(kāi)的精神下完成的等 效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1、一種主動(dòng)控制氣體軸承姿態(tài)的裝置，其特征在于該裝置包括隨動(dòng)氣體軸承和主動(dòng)氣體軸承，二者上下相對(duì)安裝，兩個(gè)氣體軸承通過(guò)壓縮彈簧隔開(kāi)并預(yù)緊，壓縮彈簧的兩端分別通過(guò)球形關(guān)節(jié)與兩個(gè)氣體軸承連接；兩個(gè)氣體軸承的四個(gè)角上均裝有上、下位置相對(duì)的圓柱，各圓柱均為磁性材料，隨動(dòng)氣體軸承上的四個(gè)圓柱上均繞有線圈。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種主動(dòng)控制氣體軸承姿態(tài)的裝置，該裝置包括隨動(dòng)氣體軸承和主動(dòng)氣體軸承，二者上下相對(duì)安裝，兩個(gè)氣體軸承通過(guò)壓縮彈簧隔開(kāi)并預(yù)緊，壓縮彈簧的兩端分別通過(guò)球形關(guān)節(jié)與兩個(gè)氣體軸承連接；兩個(gè)氣體軸承的四個(gè)角上均裝有上、下位置相對(duì)的圓柱，各圓柱均為磁性材料，隨動(dòng)氣體軸承上的四個(gè)圓柱上均繞有線圈。該裝置通過(guò)改變線圈的通電電流大小來(lái)改變各對(duì)圓柱間的吸力大小，從而可以靈活調(diào)整主動(dòng)軸承的姿態(tài)，以適應(yīng)不同工況的要求。
文檔編號(hào)F16C32/04GK101561013SQ20091006230
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月30日
發(fā)明者馮二彬, 葉燚璽, 房曉文, 曾理湛, 李小平, 欣 羅, 陳學(xué)東, 馬波琪, 鮑秀蘭 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)