專利名稱：不受氣管擾動影響的超長距離跟隨吊點一維運動軌跡的氣浮裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣浮裝置，尤其是一種實現(xiàn)直線運動的無摩擦氣浮裝置。
背景技術(shù)：
隨著科學技術(shù)和機械制造業(yè)的不斷發(fā)展，人們的創(chuàng)造力也在不斷發(fā)展，氣懸浮非接 觸無摩擦運動的實現(xiàn)，就是一個很好的例子?？諝廨S承作為氣懸浮技術(shù)在機械相對運動方面 的一個成功應用，其技術(shù)已經(jīng)相當成熟。空氣軸承又稱氣浮軸承，是一種軸承，它通過向軸腔 內(nèi)注入壓縮氣體，氣膜就像潤滑劑一樣把相關(guān)運動的兩個表面分離，從而使套在軸承中的氣 浮軸懸浮，其中 氣膜的厚度在1到10微米之間。相對普通軸承，除了非接觸無摩擦相對運動 夕卜，空氣軸承在更高旋轉(zhuǎn)精度、高速、減少振動、耐震強度高、延長使用壽命、減少污染及增加 軸向/徑向負載能力等方面的優(yōu)越性，使其剛出現(xiàn)便很快發(fā)展并得到很廣的應用。氣懸浮系統(tǒng)除了可應用在氣浮軸轉(zhuǎn)動領(lǐng)域，由于其兩表面非接觸無摩擦的特性， 亦可很好的應用于氣浮軸軸向移動領(lǐng)域，例如在專利申請?zhí)枮镃N200710071515. 0的“氣浮 磁動無摩擦懸吊裝置”公開了一種將氣浮軸應用在立式無摩擦運動領(lǐng)域的氣浮裝置，其中 使用了兩個空氣軸承很好地實現(xiàn)了在豎直方向上軸的無摩擦運動。然而，對于如何實現(xiàn)大 位移的無摩擦運動，在現(xiàn)有技術(shù)中，卻一直沒有找到很好的設計。如圖1所示的就是一種空氣軸承的典型運用將運動件1系于氣浮套2(空氣軸 承)上，氣浮套2直接套在氣浮軸3上，壓縮氣體通過氣管4進入氣浮套2，當運動件1沿氣 浮軸3做軸向運動時，要求氣浮套2能夠隨時跟蹤運動件1做同樣的運動，且在氣浮套2和 氣浮軸3間無摩擦，從而避免因摩擦對運動件1產(chǎn)生的影響。這類系統(tǒng)在高精度運動控制 和測量領(lǐng)域有著很重要的意義。但是，為保證氣浮套的承載力，氣浮套與氣浮軸之間的氣隙非常小(通常為1至10 微米)，因此氣浮軸的同軸度加工精度要求非常高。另一方面，由于受到運動件、氣浮軸、氣 浮套等的重力作用，對氣浮軸材料的彎曲剛度要求很高。隨著運動件移動距離的增加，氣浮 軸的長度增加，因為氣浮軸是細長桿件，要保證氣浮軸長度全長與氣浮套之間的間隙，加工 難度很大。因此，能應用在超長距離場合下氣浮軸幾乎無法加工。該方案可實現(xiàn)短距離的 無摩擦運動，對于長距離甚至超長距離的無摩擦運動幾乎無法實現(xiàn)。即使可加工超長距離 高精度的氣浮軸，也能難運輸與安裝，且很難維護，一旦氣浮軸出現(xiàn)問題必須全部更換。另一方面，為保證氣浮，必須有一定壓力的壓縮氣體進入軸與軸套之間從而產(chǎn)生 氣膜。接入方式有兩種，軸供氣或軸套供氣。對于軸向運動來說，通常采用軸套供氣，即壓 縮氣體通過氣管連接到氣浮套，氣浮套內(nèi)側(cè)氣孔排出氣體從而產(chǎn)生氣膜。這類方式連接方 便、耗氣量小。如果采用氣浮軸供氣，即壓縮氣體通過氣管接入氣浮軸，氣浮軸外側(cè)氣孔排 出氣體與氣浮套間產(chǎn)生氣膜。這種方式對于軸向運動來說，由于氣浮軸比氣浮套長得多，必 須保證整個氣浮套運動范圍內(nèi)都有氣孔，因此氣體泄漏量大，隨著氣浮軸的長度增加泄漏 量十分巨大，導致實際工程應用上無法實現(xiàn)。但不論采用哪種方式供氣，壓縮氣體都必須通過氣管連接，當氣浮軸或氣浮套做軸向運動時，氣管也需要做運動，會導致氣管彎曲，因氣管具有一定的剛度，這就可能會帶來附加力的影響。所產(chǎn)生的附加力必然會傳遞到運動件， 從而對運動件空間位置及運動造成影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的氣浮裝置無法實現(xiàn)超長距離運動，并且存在氣管阻力影響、可靠 性較低的不足，本發(fā)明提供一種有效避免氣浮組件隨運動件無摩擦運動過程中氣管產(chǎn)生的 阻力影響、可靠性良好的不受氣管擾動影響的超長距離跟隨吊點運動軌跡的氣浮裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種不受氣管擾動影響的超長距離跟隨吊點一維運動軌跡的氣浮裝置，包括氣浮 軸和氣浮套，所述氣浮套套裝在所述氣浮軸上，所述氣浮套至少有兩個，所述氣浮套均與貯 氣套密封連接，所述貯氣套與吊掛繩連接，所述吊掛繩與所述運動件隨動，所述氣浮裝置還 包括導軌，所述導軌上可滑動地安裝滑塊，所述滑塊與所述氣浮軸固定連接，所述貯氣套與 氣浮軸之間為貯氣腔，所述氣浮軸的軸心開有進氣通道，所述進氣通道連接壓縮氣體進氣 管，所述進氣通道與所述貯氣腔連通，所述貯氣腔設有出氣口，所述出氣口通過連接氣管與 各個氣浮套的進氣口連通。所述氣浮軸的兩端分別套裝安裝座，所述安裝座與所述滑塊固定連接。所述氣浮裝置還包括用以判斷貯氣套偏離氣浮軸中間位置是否達到設定值的位 置傳感器，所述位置傳感器安裝在安裝座與氣浮套之間。所述位置傳感器為霍爾傳感器和永磁鐵，所述霍爾傳感器安裝在所述安裝座上， 所述永磁鐵安裝在氣浮套靠近安裝座的外側(cè)。當然，也可以采用諸如光電傳感器之類的其 他位置傳感器或其它非接觸式接近開關(guān)。氣浮套根據(jù)運動件吊點位置無摩擦隨動，根據(jù)檢測氣浮套位置，主動控制電機等 驅(qū)動源，通過滾珠絲杠、同步帶、皮帶或鋼絲繩等各類常規(guī)方式控制滑塊移動，保證貯氣套 位于氣浮軸中部。這樣就能夠保證氣浮套在超長距離移動情況下始終保持無摩擦。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在氣浮套根據(jù)運動件吊點位置無摩擦隨動，根據(jù)檢 測氣浮套位置，通過電機等驅(qū)動源，通過滾珠絲杠、同步帶、皮帶或鋼絲繩等各類常規(guī)方式 控制滑塊移動，盡可能保證貯氣套位于氣浮軸中間位置。這樣就能夠保證運動件在超長距 離移動情況下始終保持無摩擦。同時由于對氣浮裝置通過氣浮軸供氣，而運動件是固定在 貯氣套上的，因此裝置移動時進氣管彎曲產(chǎn)生的力只作用在氣浮軸上，而不會傳遞到貯氣 套，從而也不會對連接到貯氣套的運動件產(chǎn)生附加力的影響。


圖1是現(xiàn)有的氣浮軸隨動部件的示意圖。圖2是不受氣管擾動影響的超長距離跟隨吊點一維運動軌跡的氣浮裝置的結(jié)構(gòu) 圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步描述。
參照圖2，一種不受氣管擾動影響的超長距離跟隨吊點一維運動軌跡的氣浮裝置， 包括氣浮軸3和氣浮套2，所述氣浮套2套裝在所述氣浮軸3上，所述氣浮套2至少有兩個， 所述氣浮套2均與貯氣套4密封連接，所述貯氣套4與吊掛繩連接，所述吊掛繩與所述運動 件1隨動，所述氣浮裝置還包括導軌5，所述導軌5上可滑動地安裝滑塊6，所述滑塊6與所 述氣浮軸3固定連接，所述貯氣套4與氣浮軸3之間為貯氣腔，所述氣浮軸3的軸心開有進 氣通道7，進氣通道7連接壓縮氣體進氣管12，所述進氣通道7與所述貯氣腔連通，所述貯 氣腔設有出氣口，所述出氣口通過連接氣管11與各個氣浮套2的進氣口連通。所述氣浮軸3的兩端分別套裝安裝座8，所述安裝座8與所述滑塊6固定連接。所述氣浮裝置還包括用以判斷貯氣套偏離氣浮軸中間位置是否達到設定值的位 置傳感器，所述位置傳感器安裝在安裝座與氣浮套之間。所述位置傳感器為霍爾傳感器9和永磁鐵10，所述霍爾傳感器9安裝在所述安裝 座8上，所述永磁鐵10安裝在氣浮套靠近安裝座的外側(cè)。當然，也可以采用諸如光電傳感 器之類的其他位置傳感器或其它非接觸式接近開關(guān)。氣浮套與貯氣套間通過0型圈對貯氣套密封，運動件1通過剛性或柔性連接在貯 氣套下方，所述氣浮軸的截面可以采用圓形，也可以采用非圓截面，諸如矩形等，采用非圓 截面氣浮軸可以防止軸轉(zhuǎn)動。本實施例中，氣浮套2為兩個，當運動件1沿與氣浮軸3軸向平行的方向短距離 移動時，隨即拖動貯氣套4與氣浮套2在氣浮軸3上軸向隨動。當某一方向的位置傳感器 檢測到氣浮套接近后，主動控制電機等驅(qū)動源，通過滾珠絲杠、同步帶、皮帶或鋼絲繩等各 類常規(guī)方式控制滑塊按氣浮套相同運動方向移動，從而保證貯氣套始終位于氣浮軸中部位 置。對于長距離移動的場合，首先通過主動驅(qū)動機構(gòu)帶動滑塊移動，由于氣浮套與氣浮軸之 間無摩擦運動的特性，滑塊的移動過程并不對氣浮套和貯氣套及運動件的空間位置及運動 造成影響。故而巧妙地將軸向長距離無摩擦移動嫁接到一般精度的滑塊導軌組件上，即可 實現(xiàn)極短氣浮軸隨運動件的大位移移動。同時由于對氣浮裝置通過氣浮軸的軸心孔供氣，再經(jīng)貯氣腔后通過氣管給各個氣 浮套供氣，而運動件是固定在貯氣套上的，因此裝置移動時氣管彎曲產(chǎn)生的附加力不會傳 遞到貯氣套和氣浮套，從而也不會對運動件產(chǎn)生附加力的影響。由于微控制器在實時信號處理及計算功能的強大優(yōu)勢上，能夠?qū)崿F(xiàn)對一定速度下 的運動件進行良好的跟隨。
權(quán)利要求
一種不受氣管擾動影響的超長距離跟隨吊點一維運動軌跡的氣浮裝置，包括氣浮軸和氣浮套，所述氣浮套套裝在所述氣浮軸上，其特征在于所述氣浮套至少有兩個，所述氣浮套均與貯氣套密封連接，所述貯氣套與吊掛繩連接，所述吊掛繩與所述運動件隨動，所述氣浮裝置還包括導軌，所述導軌上可滑動地安裝滑塊，所述滑塊與所述氣浮軸固定連接，所述貯氣套與氣浮軸之間為貯氣腔，所述氣浮軸的軸心開有進氣通道，所述進氣通道連接壓縮氣體進氣管，所述進氣通道與所述貯氣腔連通，所述貯氣腔設有出氣口，所述出氣口通過連接氣管與各個氣浮套的進氣口連通。
2.如權(quán)利要求1所述的不受氣管擾動影響的超長距離跟隨吊點一維運動軌跡的氣浮 裝置，其特征在于所述氣浮軸的兩端分別套裝安裝座，所述安裝座與所述滑塊固定連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的不受氣管擾動影響的超長距離跟隨吊點一維運動軌跡的氣 浮裝置，其特征在于所述氣浮裝置還包括用以判斷貯氣套偏離氣浮軸中間位置是否達到 設定值的位置傳感器，所述位置傳感器安裝在安裝座與氣浮套之間。
4.如權(quán)利要求3所述的不受氣管擾動影響的超長距離跟隨吊點一維運動軌跡的氣浮 裝置，其特征在于所述位置傳感器為霍爾傳感器和永磁鐵，所述霍爾傳感器安裝在所述安 裝座上，所述永磁鐵安裝在氣浮套靠近安裝座的外側(cè)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的不受氣管擾動影響的超長距離跟隨吊點一維運動軌跡的氣 浮裝置，其特征在于所述氣浮套與貯氣套間通過O型圈密封連接。
全文摘要
一種不受氣管擾動影響的超長距離跟隨吊點一維運動軌跡的氣浮裝置，包括氣浮軸和氣浮套，氣浮套套裝在所述氣浮軸上，氣浮套至少有兩個，氣浮套均與貯氣套密封連接，所述貯氣套與吊掛繩連接，所述吊掛繩與所述運動件隨動，所述氣浮裝置還包括導軌，導軌上可滑動地安裝滑塊，滑塊與所述氣浮軸固定連接，貯氣套與氣浮軸之間為貯氣腔，氣浮軸的軸心開有進氣通道，進氣通道連接壓縮氣體進氣管，進氣通道與所述貯氣腔連通，貯氣腔設有出氣口，出氣口通過連接氣管與各個氣浮套的進氣口連通。本發(fā)明提供有效避免氣浮組件隨運動件無摩擦運動過程中氣管產(chǎn)生的阻力影響、可靠性良好的不受氣管擾動影響的超長距離跟隨吊點一維運動軌跡的氣浮裝置。
文檔編號F16C32/06GK101818759SQ20101016525
公開日2010年9月1日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者單曉杭, 孫建輝 申請人:浙江工業(yè)大學