專利名稱：一種氣體擠壓懸浮裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體擠壓懸浮裝置，屬于氣體潤滑和無接觸傳送領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氣體軸承技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)以來發(fā)展起來的一項(xiàng)技術(shù)，它用氣體代替潤滑油作為潤滑劑，具有無污染，無磨損，不發(fā)熱，回轉(zhuǎn)精度高，幾乎無摩擦等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，它還能耐高低溫，可以工作在輻射環(huán)境下的特點(diǎn)，因而在精密和超精密工程、微細(xì)加工、空間技術(shù)、醫(yī)療器械及核工程等領(lǐng)域有著十分廣闊的前景，比液體軸承具有更好的發(fā)展空間。因此從上世紀(jì)中期開始，它得到了越來越多的關(guān)注，得到廣泛的應(yīng)用。從潤滑的機(jī)理來分，氣體軸承大體可以分為三類靜壓型、動(dòng)壓型以及擠壓膜型。 氣體靜壓軸承又稱外部供壓軸承，高壓氣體由外部氣源設(shè)備供給，經(jīng)過氣門進(jìn)入支承間隙， 形成氣膜，以支承負(fù)載。動(dòng)壓型是通過被支撐表面相對(duì)支承表面運(yùn)動(dòng)時(shí)，在運(yùn)動(dòng)方向楔形間隙產(chǎn)生的氣膜壓力來支撐負(fù)載的，不需要穩(wěn)定持續(xù)的壓力氣源。這兩種軸承目前已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。而氣體擠壓膜潤滑雖然具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊，容易調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，但是其承載能力較低，安裝較復(fù)雜。國外在上世紀(jì)60年代已經(jīng)開始有人進(jìn)行理論以及實(shí)驗(yàn)的研究。隨著壓電陶瓷材料的廣泛應(yīng)用，氣體擠壓膜的承載能力得到了較大的提高，氣體擠壓膜潤滑也得到了國內(nèi)外學(xué)者越來越多的關(guān)注。但是由于目前通過氣體擠壓膜承載的方法仍然不成熟， 氣體擠壓膜潤滑仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，工程上尚沒有得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述背景技術(shù)的不足，提供了一種氣體擠壓懸
浮裝置。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案一種氣體擠壓懸浮裝置包括擠壓激振盤、勵(lì)振裝置；擠壓激振盤和勵(lì)振裝置通過變幅桿連接；勵(lì)振裝置包括壓電堆和勵(lì)振電路，勵(lì)振電路由信號(hào)發(fā)生器和功率放大器組成，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號(hào)進(jìn)入功率放大器，經(jīng)功率放大器放大得到的電壓信號(hào)接在壓電堆兩極。所述氣體擠壓懸浮裝置中，壓電堆包括至少兩片直徑相同、厚度相同的圓環(huán)狀壓電片。所述氣體擠壓懸浮裝置中，變幅桿包括一圓錐形桿體和一圓柱形桿體，其中，所述圓柱形桿體的上端與擠壓激振盤底部連接，圓柱形桿體的下端與圓錐形桿體的上端連接， 所述圓錐形桿體的下端與勵(lì)振裝置的壓電堆連接；所述圓錐形桿體的上端口徑小于下端口徑，圓柱形桿體的口徑與圓錐形桿體的上端口徑相同，圓錐形桿體的下端口徑與壓電堆的直徑相同。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果減小物體表面間的摩擦；相對(duì)于氣體靜壓潤滑，本發(fā)明不需要外部氣源，適用于輕載的氣體潤滑場合中；應(yīng)用此裝置制作氣體導(dǎo)軌，可實(shí)現(xiàn)無接觸傳送。


圖I是氣體擠壓膜潤滑機(jī)理圖。
圖2是氣膜瞬態(tài)承載力曲線。
圖3是氣體擠壓膜懸浮裝置示意圖。
圖4是壓電堆連接圖。
圖5是氣體擠壓懸浮裝置運(yùn)用到方形軌道的實(shí)施例示意圖。
圖6是方形導(dǎo)軌為180g時(shí)的氣膜厚度不意圖。
圖7是方形導(dǎo)軌為525g時(shí)的氣膜厚度示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明圖I所示的為氣體懸浮的機(jī)理圖，對(duì)氣隙里氣體的高頻擠壓使氣隙內(nèi)壓力升高， 能產(chǎn)生的承載力的大小由激振振幅、激振頻率、氣膜間隙以及結(jié)構(gòu)尺寸等決定。氣體擠壓膜的承載能力是由氣體間隙中氣體壓力所決定的，在激振盤振動(dòng)過程中，氣隙中的氣壓的大小可以通過求解氣體潤滑的雷諾方程得到。本發(fā)明中氣體潤滑的雷諾方程的形式= 7，，對(duì)其進(jìn)行數(shù)值求解
R oR oROL
可以得到氣膜的壓力的分布。圖2為氣膜瞬態(tài)承載力的分布圖?？梢钥吹皆谝粋€(gè)周期內(nèi)，氣膜壓力以及承載力有正有負(fù)，但是其平均值大于零，因而有一定的承載能力。氣體擠壓膜懸浮裝置設(shè)計(jì)簡圖如圖3，包括擠壓激振盤、勵(lì)振裝置。勵(lì)振裝置包括壓電堆和勵(lì)振電路，勵(lì)振電路由信號(hào)發(fā)生器和功率放大器組成，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生正弦信號(hào)接入功率放大器，信號(hào)的頻率與壓電堆的諧振頻率盡量接近，經(jīng)功率放大器放大后接到壓電堆兩極。底座采用重量較大的鋼板，以起到減振作用。變幅桿與底座之間通過螺栓連接，帶動(dòng)激振盤做橫向振動(dòng)，最終懸浮起一定質(zhì)量的物體。壓電堆的連接方式如圖4所示，選用為直徑34mm的PZT-5A壓電陶瓷，并用四片壓電片構(gòu)成壓電堆以起到增大振幅的作用。變幅桿的設(shè)計(jì)頻率為20KHz，粗端與細(xì)端直徑比為 4 : I,錐形端長度為77mm,細(xì)端連接的圓柱桿長度為49. 6mm。激振圓盤的直徑為50mm,厚度為3mm。一般來說，單片的壓電片的振幅比較小，要得到較大振幅，可以通過將多片壓電片連接在一起構(gòu)成壓電堆來增大壓電材料的振幅，然后采用超聲變幅桿將振幅進(jìn)一步放大輸出，最終得到需要的大振幅。變幅桿的另一端接激振盤，產(chǎn)生橫向振動(dòng)，擠壓激振盤與懸浮體間的氣體，使其中氣壓高于外界大氣壓，從而產(chǎn)生承載力。變幅桿包括一圓錐形桿體和一圓柱形桿體，圓錐形桿體的上口徑小于下口徑，圓錐形桿體的上端口徑小于下端口徑，圓柱形桿體的口徑與圓錐形桿體的上端口徑相同，圓錐形桿體的下端口徑與壓電堆的直徑相同。這樣結(jié)構(gòu)的變幅桿有利于將振幅放大傳輸至擠壓激振盤。要驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷需要高頻的信號(hào)源，現(xiàn)選擇某模擬信號(hào)源作為勵(lì)振信號(hào)，匹配功率放大器，得到一定電壓的高頻正弦信號(hào)，壓電陶瓷的振動(dòng)經(jīng)變幅桿放大帶動(dòng)激振盤橫向振動(dòng)，使得物體懸浮起來。激振頻率應(yīng)選取接近壓電陶瓷堆的諧振頻率以獲得較大的振幅， 同時(shí)電源輸出電壓不能取過大以防止損壞壓電陶瓷。對(duì)于質(zhì)量較輕的物體，懸浮的高度比較大，可以清楚的看到懸浮的狀態(tài)。而對(duì)于質(zhì)量較大(幾百克)的物體，氣體間隙大約為幾微米到幾十微米，肉眼難以觀察到，可以通過位移傳感器等測得其懸浮高度。在實(shí)際運(yùn)用中，對(duì)于不同形狀的軌道，氣體擠壓懸浮裝置的布局不同，下面以方形直線導(dǎo)軌為例說明氣體擠壓懸浮裝置的功能。如圖5所示，在方形直線導(dǎo)軌四邊的中央放置氣體擠壓懸浮裝置，每個(gè)氣體擠壓懸浮裝置的激振盤與軌道邊構(gòu)成擠壓氣隙。給氣體擠壓懸浮裝置加激勵(lì)信號(hào)，氣體擠壓懸浮裝置擠壓方形軌道與其之間的氣隙使方形軌道變形。4個(gè)激振盤和軌道的接觸表面都將產(chǎn)生氣膜，上部氣膜支承著整個(gè)導(dǎo)軌的重量，其他三個(gè)面上的氣膜起到穩(wěn)定的作用，使導(dǎo)軌不和軌道接觸，減小摩擦力，增加穩(wěn)定性。通過實(shí)驗(yàn)測試，所設(shè)計(jì)的方形導(dǎo)軌能夠懸浮一定的高度，并具有較高的承載能力。 在設(shè)定電壓為300V，方形導(dǎo)軌質(zhì)量分別為180g、525g時(shí)，處于穩(wěn)定懸浮時(shí)的氣膜厚度(如圖 6、圖7)分別為4.m。實(shí)驗(yàn)測得的氣膜厚度能夠使導(dǎo)軌穩(wěn)定懸浮，激振盤和軌道之間的氣膜使導(dǎo)軌處于極低的摩擦狀態(tài)。可見利用本發(fā)明所涉及的氣體擠壓懸浮裝置在實(shí)際運(yùn)用中，在不需要外部氣源的狀況下，減小物體與激振盤之間的摩擦，實(shí)現(xiàn)了輕載的氣體潤滑場合中的可無接觸傳送。
權(quán)利要求
1.一種氣體擠壓懸浮裝置，其特征在于包括擠壓激振盤、勵(lì)振裝置；擠壓激振盤和勵(lì)振裝置通過變幅桿連接；所述勵(lì)振裝置包括壓電堆和勵(lì)振電路，勵(lì)振電路由信號(hào)發(fā)生器和功率放大器組成，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號(hào)進(jìn)入功率放大器，經(jīng)功率放大器放大得到的電壓信號(hào)接在壓電堆兩極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體擠壓懸浮裝置，其特征在于所述壓電堆包括至少兩片直徑相同、厚度相同的圓環(huán)狀壓電片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氣體擠壓懸浮裝置，其特征在于所述變幅桿包括一圓錐形桿體和一圓柱形桿體，其中，所述圓柱形桿體的上端與擠壓激振盤底部連接，圓柱形桿體的下端與圓錐形桿體的上端連接，所述圓錐形桿體的下端與勵(lì)振裝置的壓電堆連接；所述圓錐形桿體的上端口徑小于下端口徑，圓柱形桿體的口徑與圓錐形桿體的上端口徑相同，圓錐形桿體的下端口徑與圧電堆的直徑相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣體擠壓懸浮裝置，屬于氣體潤滑和無接觸傳送領(lǐng)域。所述氣體加壓裝置包括擠壓激振盤、勵(lì)振裝置。勵(lì)振裝置包括壓電堆和勵(lì)振電路，勵(lì)振電路由信號(hào)發(fā)生器和功率放大器組成，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號(hào)進(jìn)入功率放大器，經(jīng)功率放大器放大得到的電壓信號(hào)接在壓電堆兩極。壓電堆包括若干厚度相等的圓環(huán)狀壓電片。本發(fā)明所涉及的氣體擠壓懸浮裝置減小物體表面間的摩擦，適用于輕載的氣體潤滑場合中，利用所述氣體擠壓懸浮裝置制作氣體導(dǎo)軌時(shí)可實(shí)現(xiàn)無接觸傳送。
文檔編號(hào)H02N15/00GK102594221SQ20121004099
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
發(fā)明者朱達(dá)云, 王勝光, 馬希直 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)