阅读说明：本技术 狭缝节流式主动气浮支承装置 (Slit throttling formula active gas suspension device ) 是由 胡江山 秦丽 李双 李光辉 于 2019-08-27 设计创作，主要内容包括：一种狭缝节流式主动气浮支承装置,包括：气浮支承本体,包括相连通的进气口和腔室,该腔室位于所述气浮支承本体的上端部分和中段部分,所述气浮支承本体下端部分具有狭缝式阻尼腔,所述中段部分的底部具有延伸到所述狭缝式阻尼腔内的延伸部,所述腔室通过所述延伸部内的节流孔与所述狭缝式阻尼腔连通,所述延伸部包括调节所述节流孔的出气口相对于其下方基座之间距离的压电陶瓷作动器；位移传感器,用于检测所述气浮支承本体相对于气浮支承方向的位置变化值；控制单元,连接所述位移传感器、所述检测单元和所述压电陶瓷作动器。本公开利用压电控制系统驱动压电陶瓷,改变气浮支承的节流高度,显著提高了气浮支承的承载能力和静刚度。(A kind of slit throttling formula active gas suspension device, it include: gas suspension ontology, including the air inlet and chamber being connected, the chamber is located at the upper part and middle section part of the gas suspension ontology, the gas suspension ontology end portion has slit damping cavity, the bottom of the middle section part has the extension extended in the slit damping cavity, the chamber is connected to by the throttle orifice in the extension with the slit damping cavity, the extension includes the piezoelectric ceramic actuator for adjusting the gas outlet of the throttle orifice relative to distance between pedestal below；Displacement sensor, for detecting change in location value of the gas suspension ontology relative to gas suspension direction；Control unit, connection institute's displacement sensors, the detection unit and the piezoelectric ceramic actuator.The disclosure drives piezoelectric ceramics using piezo-electric control system, changes the throttle height of gas suspension, significantly improves the bearing capacity and Static stiffness of gas suspension.)

狭缝节流式主动气浮支承装置

技术领域

本公开属于超精密制造领域，具体涉及可应用于超精密气浮平台等超精密加工设备的狭缝节流式主动气浮支承装置。

背景技术

超精密加工技术是由于原子能、计算机技术、宇航和半导体工业等技术发展的需要而在上世纪60年代发展起来的新技术。超精密加工技术包含两个方面：一是突破传统加工方法精度的加工；二是突破传统加工方法微观尺寸的加工。超精密加工技术是尖端技术产品发展中不可缺少的关键加工手段。

超精密机床是超精密加工最重要、最基本的加工设备，是实现超精密加工的物质基础。主轴作为超精密机床的关键基础部件，它的稳定性和精度直接关系到机床的工作精度。在上世纪60年代，超精密加工机床使用的都是液体静压轴承，其加工精度能达到微米级。但当加工的精度达到纳米级甚至亚纳米级时，液体静压轴承在工作状态下的温升问题将严重影响超精密机床的工作精度，同时液压轴承液压油的泄漏也会对加工的工件造成污染。

为了提高超精密机床的工作精度，磁悬浮轴承和气浮支承相关的研究开始兴起。磁悬浮轴承是利用电磁力将主轴悬浮于运转轨道的轴承，它具有无机械磨损、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用于高速、超净等特殊环境中。但磁悬浮轴承仍存在不足之处，电磁场的强非线性问题和在高速工作状态下不可避免的温升问题都导致磁悬浮轴承的工作精度无法进一步的提高。因此气体静压轴承的性能探究成为超精密制造领域的重要研究方向。

气浮支承是用高压气体作为润滑剂的滑动轴承，即在运动轴与支撑件之间形成气膜，避免了机械接触。它有以下几方面的优点：作为润滑剂的气体粘度非常低，无摩擦；轴承工作过程中运转比较平滑、工作精度高；正常工作时噪声小，振动平稳，系统运行的过程中不受温升的影响。但同时气浮支承自身也有其不足之处：由于气体的可压缩性，导致系统的刚度偏低，无法承受较大的载荷。对气浮支承表面节流结构的优化只能有限的提高气浮支承静态特性。如何进一步提高气浮支承的刚度和承载能力已成为近年来气浮支承的主要研究方向。

发明内容

本公开本着提高气浮支承承载力和静刚度特性，克服现有气浮轴承对微振动的抑制能力弱，系统难以快速稳定的缺点，提供了一种狭缝节流式主动气浮支承装置。

根据本公开实施例的一方面，提供一种狭缝节流式主动气浮支承装置，包括：

气浮支承本体，包括相连通的进气口和腔室，该腔室位于所述气浮支承本体的上端部分和中段部分，所述气浮支承本体下端部分具有狭缝式阻尼腔，所述中段部分的底部具有延伸到所述狭缝式阻尼腔内的延伸部，所述腔室通过所述延伸部内的节流孔与所述狭缝式阻尼腔连通，所述延伸部包括调节所述节流孔的出气口相对于其下方基座之间距离的压电陶瓷作动器；

检测单元，用于检测所述压电陶瓷作动器位移的变化值；

位移传感器，用于检测所述气浮支承本体相对于气浮支承方向的位置变化值；

控制单元，连接所述位移传感器、所述检测单元和所述压电陶瓷作动器。

在上述狭缝节流式主动气浮支承装置，所述检测单元和所述压电陶瓷作动器同轴设置在所述延伸部的中段部分。

本公开装置采用狭缝阻尼腔结构提升气浮支承系统阻尼特性，通过主动控制节流口高度提高气浮支承的静态特性，显著提高气浮支承装置的承载力和动刚度特性，并实现气浮支承的高稳定性；此外，本公开装置具有结构紧凑，易于控制和高精度等优点，因此尤其适用于超精密制造装备和微电子制造装备等领域。

附图说明

下面结合附图和

具体实施方式

对本公开作进一步详细说明。

图1是根据本公开的一个实施方式的狭缝节流式主动气浮支承装置的结构示意图。

图2是图1所示狭缝节流式主动气浮支承装置沿A-A面的剖面图。

具体实施方式

如图1，狭缝节流式主动气浮支承装置的气浮支承本体可采用金属材料(航空铝或铜等)制成，包括上端部分1a、中段部分1b和下端部分1c，三者可通过螺栓同轴安装，保证质心稳定。

所述气浮支承本体包括相连通的进气口9和腔室2。腔室2位于所述气浮支承本体的上端部分1a和中段部分1b。所述气浮支承本体下端部分1c具有狭缝式阻尼腔8。中段部分1b的底部具有延伸到狭缝式阻尼腔8内的延伸部1d。腔室2通过延伸部1d内的节流孔7与狭缝式阻尼腔8连通。

高压气体由进气口9进入腔室2，再从节流孔7进入均压腔3、狭缝式阻尼腔8和下端部分1c与基座5a之间的间隙4，形成一层高压气膜隔离气浮支承本体下端部分1c和基座5a,达到无接触式气体润滑支撑的目的。高压气体则由气膜间隙4排出。

如图1和2，延伸部1d包括可调节节流孔7的出气口到基座5a之间距离的压电陶瓷作动器11。压电陶瓷作动器11与检测其位移的检测单元10同轴设置在延伸部1d的中段部分，其中检测单元10测量分辨率最优选定在20纳米。

此外，狭缝节流式主动气浮支承装置包括位移传感器12a，通过位移传感器12a测量基座5b与本体1之间位置信息，以此来反映所述气浮支承本体相对于气浮支承方向的位置变化值，测量分辨率最优选定在20纳米以上。

控制单元12b将检测单元10和位移传感器12a的信号进行滤波、放大及相应处理，生成相应的控制信号，驱动控制压电陶瓷作动器11，改变压电陶瓷的伸长量，主动控制节流孔7的出气口到基座5a之间距离6的目的，从而提高气浮轴承承载力和刚度。