本发明专利技术公开了一种减少气膜微振动的空气静压轴承结构，该结构为一种增加供气面积，减弱气体流速从而使气膜内部的压力分布更加均匀，进而达到弱化气膜微振动的目的。一定压力的清洁干燥的气体通过进气孔后流进双层多孔材料，经双层多孔材料表面流入主轴和止推板之间，由多孔材料表面无数孔隙流出的气体，在主轴和止推板之间形成稳定的气膜，气膜包裹着主轴。施加载荷后，由于止推板上表面气膜与下表面气膜厚度不一致导致上、下气膜间产生了压力差，支承着止推板以平衡外载荷。本发明专利技术的双层材料可以充分发挥两种多孔材料(基底材料，致密层)的物理性能，从而弱化气膜波动，进一步提高了空气静压轴承的应用精度和气浮工作台的加工精度。
【技术实现步骤摘要】
一种减少气膜微振动的空气静压轴承结构
本专利技术涉及一种减少气膜微振动的空气静压轴承结构，适用于空气静压轴承的气膜波动分析，实现静压气体主轴的平稳运转。
技术介绍
超精密制造装备代表着精密制造业的最高发展水平，随着国家精密制造实力的增强，空气静压轴承逐渐取代传统机械接触或液体润滑式轴承，成为制造装备实现高精度、高可靠性的有效手段。在工作状态下，空气静压轴承的运动部件由外部加压气膜支撑。由于气膜的存在，可以实现摩擦力小、不磨损、运动平稳、精度高和几乎没有热变形的优点。由于空气静压轴承的空气粘度低，容易发生气膜微振动，其会直接影响轴承的运动精度，导致加工工件表面出现波纹度或较大表面粗糙度。以前对于空气静压轴承的研究仅限于在宏观尺度上进行研究。事实上，空气静压轴承的气膜厚度为微米级，属于微尺度流动领域。研究发现，轴承性能受微尺度效应的影响，如气膜微振动，速度滑移和稀薄效应等，但这些效应不会出现在宏观尺度上。气膜微振动并非是传统意义上的气锤现象，而是工作台在发生气膜微振动时仍处于正常的工作状态。这种振动的一个显著特点是只有在轴承通气时才出现，显然是一种流体引发的振动，但这种微振动产生的具体原因并没有给出合理的解释，目前研究发现影响因素有压力源压力、节流孔孔径、气体流速、气膜厚度等原因，但并未找到完全能抑制气膜微振动的方法与措施。多孔质节流器由于多孔材料表面分布有无数小孔，使供气面积增加，而供气面积的加大使得气膜内部的压力分布更加均匀，节流孔附近无压力尖峰。但是，空气静压多孔轴承并未完全抑制气膜微振动，因此本专利技术采用双层多孔材料作为多孔节流器，弱化气膜微振动而达到抑制气浮式工作台微幅振动的目的。
技术实现思路
为了抑制气旋湍流涡结构，增加供气面积，减弱气流速度而减弱气膜波动，进而达到减少气浮支承微振动的目的。根据微尺度下气体的流动特性，结合空气静压轴承系统的结构，提出了一种采用双层多孔材料作为多孔节流器来减少气膜微振动的空气静压轴承结构。本专利技术的目的在于提供了一种采用双层多孔材料作为多孔节流器的空气静压轴承结构，该空气静压轴承结构采用石墨多孔材料作为多孔质基体(14)，在多孔石墨的表面上涂抹环氧粘合剂，而形成具有小于多孔质基体(14)渗透性的多孔质致密层(13)，组成多孔节流器从而达到减弱气膜微振动的目的。通过空气静压主轴径向回转误差测试试验，发现此种结构可以使气体流动平稳，降低了气体流速，可以极大的减弱气体的气旋现象，使主轴(11)运转平稳。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种减少气膜微振动的空气静压轴承结构，该结构主要包括上止推板(1)、气膜(2)、轴套(3)、径向轴承(4)、下止推板(5)、金刚石刀具(6)、工件(7)、工作台(8)、进气孔(9)、止推轴承(10)、主轴(11)、气腔(12)、多孔质致密层(13)和多孔质基体(14)。主轴(11)在径向与止推方向空气静压轴承的支撑下旋转，大飞刀盘固定于主轴的底部的下止推板(5)上，金刚石刀具(6)固定于刀盘上，随着主轴(11)的旋转对工件(7)进行切削。其中空气静压轴承结构在径向轴承(4)和止推轴承(10)中采用双层多孔材料作为多孔节流器，多孔质基体(14)采用石墨多孔材料，并在支承表面上制成具有小于多孔质基体(14)渗透性的多孔质致密层(13)。一定压力的清洁干燥的气体通过进气孔(9)后流进双层多孔材料，经双层多孔材料表面流入上止推板(1)、下止推板(5)和主轴(11)之间。气体流经双层多孔材料，由于多孔材料自身具有不规则的毛细孔隙三维结构，无数孔隙流出的气体使得气体流动更加平稳，破坏了大尺度涡结构的形成条件，达到抑制气膜波动，减少气膜微振动。对该减少气膜微振动的空气静压轴承结构进行回转误差实验，将测试轴承压配到轴套中。振动测量实验进行之前需要进行位移传感器(24)和标准测量棒(25)的安装及调零操作，以保证测量结果准确。当空气压缩机(15)提供稳定供气后，运行空气静压主轴(11)进行振动测试。此时，安装在主轴上的高精度测试棒(25)与主轴(11)一起旋转，测试棒周围的两个非接触式位移传感器(24)可精确地测出测试棒(25)的各种位移变化，主轴每运转一圈，传感器捕捉多个点进行测量。同时，利用非接触位移(24)计量取主轴在各工作转速下的运动，这些测量结果被输送到信号采集处理装置(23)进行处理，去除测试棒的形状误差和安装误差，得到主轴的回转误差信号，并以极坐标的形式记录运动轨迹。所述空气静压轴承结构具有减少气膜微振动的功能。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术主要应用于精密超精密气浮工作台，本专利技术涉及一种采用双层多孔材料作为多孔节流器的空气静压轴承结构，该结构采用石墨多孔材料作为多孔质基体，多孔质材料其自身具有不规则的毛细孔隙三维结构，空间上无数复杂的毛细孔隙结构在一定节点上相互连通而又彼此分隔，从而使得气流通过多孔质材料流动更加平稳、破坏了大尺度涡结构的形成条件，可以极大的弱化气膜产生的气旋现象，减小气膜微振动。然而，空气静压多孔轴承易于由多孔材料中的小空腔，容易发生变形，导致主轴微振动，在支承表面上形成表面限制层可以有效的抑制材料变形，从而提高工作台的运动精度。另外，本专利技术的轴承结构通用性强，为实际机床加工中提高加工精度提供依据。附图说明图1为双层多孔质空气静压主轴系统结构。图2为空气静压多孔径向轴承工作原理图。图3为空气静压多孔径向轴承俯视图。图4为主轴回转误差测量装置。图5为回转误差测量结果，其中，(a)为改进前回转误差测量结果，(b)为改进后回转误差测量结果。具体实施方式为使本专利技术的目的和技术方案更加明确，下边结合附图对本专利技术的工作原理、结构及具体实施方式进一步介绍。图1为双层多孔质空气静压主轴系统结构。一定压力的清洁干燥的气体通过进气孔(9)后流进双层多孔材料，经双层多孔材料表面流入上止推板(1)、下止推板(5)和主轴(11)之间形成气膜(2)，使主轴(11)可以实现小摩擦力的旋转。大飞刀盘固定于主轴的底部的下止推板(5)上，金刚石刀具(6)固定于刀盘上，随着主轴(11)的旋转对工作台(8)上的工件(7)进行切削。图2为空气静压多孔径向轴承工作原理图。环境气体进入空气压缩机(15)后形成具有初始压力的压缩气体，而后通过进气阀(16)进入干燥器(17)、储气罐(18)、粗滤器(19)、流量控制阀(20)、精滤器(21)得到干燥、洁净和湿度适宜的供气气体，通过进气孔(9)进入径向轴承(4)和止推轴承(10)，经由双层多孔材料进入轴承间隙，最终由轴承端部流入外部环境中。图1为双层多孔质空气静压主轴系统结构，该结构中的空气静压轴承采用双层多孔材料作为多孔节流器，该结构采用石墨多孔材料作为多孔质基体(14)，在多孔石墨的表面上涂抹环氧粘合剂，而形成具有小于多孔质基体(14)渗透性的多孔质致密层(13)。由多孔材料表面无数孔隙流出的气体，在上止推板(1)、下止推板(5)和主轴(11)之间形成稳定的气膜(2)，对主轴(11)系统进行润滑。图3为空气静压多孔径向轴承俯视图。对该减少气膜微振动的空气静压轴承结构进行回转误差实验，图4为主轴回转误差测量装置，将测试轴承压配到轴套中。振动测量实验进行之前需要进行位移传感器(24)和标准测量棒(25)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种减少气膜微振动的空气静压轴承结构，其特征在于：该空气静压轴承结构采用石墨多孔材料作为多孔质基体(14)，在多孔石墨的表面上涂抹环氧粘合剂，而形成具有小于多孔质基体(14)渗透性的多孔质致密层(13)，组成多孔节流器从而达到减弱气膜微振动的目的；通过空气静压主轴径向回转误差测试试验，此结构使气体流动平稳，降低气体流速，减弱气体的气旋现象，使主轴(11)运转平稳。
【技术特征摘要】
1.一种减少气膜微振动的空气静压轴承结构，其特征在于：该空气静压轴承结构采用石墨多孔材料作为多孔质基体(14)，在多孔石墨的表面上涂抹环氧粘合剂，而形成具有小于多孔质基体(14)渗透性的多孔质致密层(13)，组成多孔节流器从而达到减弱气膜微振动的目的；通过空气静压主轴径向回转误差测试试验，此结构使气体流动平稳，降低气体流速，减弱气体的气旋现象，使主轴(11)运转平稳。2.根据权利要求1所述的一种减少气膜微振动的空气静压轴承结构，其特征在于：该空气静压轴承结构包括上止推板(1)、气膜(2)、轴套(3)、径向轴承(4)、下止推板(5)、金刚石刀具(6)、工件(7)、工作台(8)、进气孔(9)、止推轴承(10)、主轴(11)、气腔(12)、多孔质致密层(13)和多孔质基体(14)；主轴(11)在径向与止推方向空气静压轴承的支撑下旋转，大飞刀盘固定于主轴的底部的下止推板(5)上，金刚石刀具(6)固定于刀盘上，随着主轴(11)的旋转对工件(7)进行切削；空气静压轴承结构在径向轴承(4)和止推轴承(10)中采用双层多孔材料作为多孔节流器，多孔质基体(14)采用石墨多孔材料，并在支承表面上制成具有小于多孔质基体(14)渗透性的多孔质致密层(13)；一定压力的清洁干燥的气体通过进气孔(9)后流进双层多孔材料，经双层多孔材料表面流入上止推板(1)、下止推板(5)和主轴(11)之间；气体流经双层多孔材料，由于多孔材料自身具有不规则的毛细孔隙三维结构，无数孔隙流出的气体使得气体流动更加平稳，破坏了大尺度涡结构的形成条件，达到抑制气膜波动，减少气膜微振动。3.根据权利要求1所述的一种减少气膜微振动的空气静压轴承结构，其特征在于：对该空气静压轴承结构进行回转误差实验，将测试轴承压配到轴套中；振动测量实验进行之前需要进行位移传感器(24)和标准测量棒(25)的安装及调零操作，以保证测量结果准确；当空气压缩机(15)提供稳定供气后，运行空气静压主轴(11)进行振动测试；此时，安装在主轴上的高精度测试棒(25)与主轴(11)一起旋转，测试棒周围的两个非接触式位移传感器(24)可精确地测出测试棒(25)的各种位移变化，主轴每运转一圈，传感器捕捉多个点进行测量；同时，利用非接触位移(24)计量取主轴在各工作转速下的运动，这些测量结果被输送到信号采集处理装置(23)进行处理，去除测试棒的形状误差和安装误差，得到主轴的回转误差信号，并以极坐标的形式记录运动轨迹。4.根据权利要求1所述的一种减少气膜微振动的空气静压轴承结构，其特征在于：一定压力...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈东菊，崔线线，任佟，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。