一种静压气体轴承

1.本发明属于静压气体轴承，具体涉及一种静压气体轴承，基于刚度并联效应，使轴承同时实现刚度增大和高刚度区域拓宽，最终轴承将获得宽域高刚度甚至是近似全域无穷大刚度的效果，该效果对于提升超精密加工装备的性能具有重要意义。


背景技术：

2.高压气体经过外部气源产生后，通过气体轴承的供气通道进入轴承内部，再流经节流器，然后进入两个支撑运动部件(静气轴承的主体和导引的轴承部分)之间的间隙，产生一层薄薄的气膜，提供支承和润滑作用，以此承载外部负荷。静压气体轴承由于具有无摩擦、噪声小、环境适应度高等优点，已成为超精密加工装备中的首选支承形式，常被用于要求精度高的超精密机床和晶片生产的光刻机中。在超精密加工领域，运动和加工精度的提升需要轴承具有高刚度。所以，理想情况下是希望轴承能工作在最高刚度点，但是受到加工和装调误差的影响，轴承往往只能工作在高刚度区域。高刚度区域一般是指使轴承的工作刚度不低于最高刚度80％时的气膜厚度变化区域。传统的静压气体轴承，高刚度区域相对较小，而增大最大刚度值又会导致高刚度区域进一步缩小，这就使得轴承整体的加工和安装精度要求极高，稍有偏差就可能使轴承的实际工作刚度非常小。所以，增大轴承的最高刚度和高刚度区域非常重要。本发明从最基本的力学原理出发，提出基于刚度并联效应来让静压气体轴承获得宽域高刚度的特性，新型轴承是由多个独立的承载单元并联得到。每个小承载单元具有各自独立的刚度特性曲线。根据力学原理，每个独立单元的刚度值会相加，最后得到轴承的整体刚度。可以将每个独立单元的刚度设计的较大，所有单元刚度相加之后，使得轴承最终获得极大的刚度。同时每个独立单元的刚度曲线可以设计的不完全重叠，也就是独立单元的高刚度区域不完全相同，这样一来整个轴承的高刚度区域也能得到拓宽。基于此可以让轴承在获得高刚度的同时，也能够使高刚度区域得到拓宽，实现宽域高刚度的效果。


技术实现要素：

3.为了克服常规静压气体轴承高刚度对应的气膜厚度区域较窄的问题，本发明基于刚度并联效应提出了一种新型的宽域高刚度静压气体轴承。
4.本发明的技术方案如下：
5.本发明的静压气体轴承，其特点是：所述静压气体轴承包括进气道、节流器、均压腔、多个独立的承载单元和连接体。
6.所述连接体相对于承载面的位置高度应保持一致，保证各承载单元之间水平高度一致。
7.所述连接体应保证各承载单元之间有足够大的缝隙，不互相影响。
8.各独立承载单元之间的并联连接形式种类可以是一种也可以是多种。
9.各独立承载单元之间的并联连接形式数量可以是一个也可以是多个，两两之间的
并联结构数量可以相同也可以不相同。
10.组成并联式静压气体轴承的各独立承载单元的形状可以相同也可以不相同，各单元的表面积可以相同也可以不相同。
附图说明
11.图1为本发明圆形并联式静压气体轴承的整体结构示意图
12.图2为本发明一种圆形并联式静压气体轴承的主视图，其中1为轴承壳，2为进气道， 3为节流器，4为均压腔，5为被悬浮物，6为连接体，7为承载单元，其中，连接体采用的是连接棒与连接孔。
13.图3为本发明一种圆形并联式静压气体轴承的俯视图，承载单元数量设计为4个，各单元形状为四分之一扇形。
14.图4为本发明一种圆形并联式静压气体轴承的俯视图，承载单元数量设计为2个，各单元形状为矩形，连接体采用螺栓联结。
15.图5为本发明一种圆形并联式静压气体轴承的俯视图，承载单元数量设计为6个，各单元形状为六分之一扇形。
16.图6为本发明一种圆形并联式静压气体轴承的俯视图，承载单元数量设计为8个，各单元形状为八分之一扇形。
17.图7为本发明一种圆形并联式静压气体轴承的俯视图，承载单元数量设计为4个，各单元形状为四分之一扇形，承载单元上的连接棒和连接孔数量设计为两个。
18.图8为本发明一种矩形并联式静压气体轴承的俯视图，承载单元数量设计为4个，各承载单元形状为矩形。
19.图9为本发明一种矩形并联式静压气体轴承的俯视图，承载单元数量设计为4个，各承载单元形状为三角形。
20.图10为本发明一种并联式静压气体轴承的俯视图，承载单元数量设计为5个，各承载单元形状不同，为三角形、矩形、扇形等。
21.图11为本发明一种并联式静压气体轴承的俯视图，承载单元数量设计为4个，各承载单元形状为扇形，各单元内部的节流器个数不同。
22.图12为本发明一种径向并联式静压气体轴承的俯视图，承载单元数量设计为2个，各单元之间的连接体采用螺栓联结。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
24.实施例1
25.图1为本发明的轴承整体结构示意图；图2为本发明一种圆形并联式静压气体轴承的剖视图，连接体(6)采用的是连接棒与连接孔的插孔连接，其连接棒与连接孔位于各承载单元的侧面，与轴承承载面的高度位置关系保持一致。
26.轴承的各承载单元(7)设计为一圈，同一圈上的承载单元的数量设计为4个，每个单元的尺寸大小一致，其侧面的连接棒与连接孔数量为1，相邻两个承载单元的中心与轴承中心的连线所成的角为90
°
。
27.实施例2
28.本实施例与实施例1的轴承内部基本结构相同，不同的是，本实施例中的连接体(6) 为螺栓联结，承载单元的数量为2，形状为矩形，如图4所示。
29.实施例3
30.本实施例与实施例1的基本结构相同，不同的是，本实施例中的承载单元(7)的数量设置为6个，相邻两个承载单元的中心与轴承中心的连线所成的角为60
°
，如图5所示。
31.实施例4
32.本实施例与实施例1的基本结构相同，不同的是，本实施例中的承载单元(7)的数量设置为8个，相邻两个承载单元的中心与轴承中心的连线所成的角为45
°
，如图6所示。
33.实施例5
34.本实施例与实施例1的基本结构与布局相同，不同的是，本实施例中的承载单元(7) 上的连接棒与连接孔的数量为2，如图7所示。
35.实施例6
36.本实施例与实施例1的内部基本结构相同，不同的是，本实施例中的承载单元(7)形状为矩形，整个并联式气体轴承的形状也为矩形，如图8所示。
37.实施例7
38.本实施例与实施例1的内部基本结构相同，不同的是，本实施例中的承载单元(7)形状为三角形，整个并联式气体轴承的形状为矩形，如图9所示。
39.实施例8
40.本实施例与实施例1的基本结构相同，不同的是，本实施例中的各承载单元(7)形状互不相同，如图10所示。
41.实施例9
42.本实施例与实施例1的基本结构相同，不同的是，本实施例中的各节流器(3)类型和数量互不相同，如图11所示。
43.实施例10
44.本实施例为并联径向静压气体轴承，本实施例中的各承载单元(7)之间的连接体(6) 为螺栓联结，如图12所示。
45.本发明不局限于上述可选实施方式，以上所列出的具体实施例是为了更好的对本发明的基本原理进行说明，仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的，本领域的技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出各种形式的产品，这些均属于本发明保护之列。