Ментальная модель подшипника большинства людей включает в себя металлические шарики или ролики, уменьшающие трение между двумя движущимися частями. Эта модель полностью ломается благодаря воздушным подшипникам, которые полностью исключают физический контакт. Кажется слишком простым работать - с плавающей точкой над тонкой пленкой сжатого воздуха вместо того, чтобы позволять ей касаться чего-либо -, но именно благодаря этой простоте эта технология стала стандартной в самых-прецизионных системах перемещения, созданных сегодня.
Основной механизм
Воздушный подшипник работает, пропуская сжатый воздух через ряд небольших отверстий или пористый ограничительный материал на поверхности подшипника, создавая тонкую непрерывную пленку воздуха -, обычно толщиной в несколько микрон - между подшипником и поверхностью, по которой он движется. Эта пленка выдерживает нагрузку и предотвращает физический контакт двух поверхностей. Поскольку контакт металла-с-металлом (или металла-с-камнем) практически отсутствует, трение, износ и заедание-скольжение - — небольшие, резкие колебания, которые механические подшипники могут проявлять на очень низких скоростях или при изменении направления.
Три вещи делают это по-настоящему полезным, а не просто элегантным:
Отсутствие трения означает отсутствие выделения тепла при контакте, что имеет огромное значение в системах, где термическая стабильность определяет точность измерений.
Отсутствие износа означает отсутствие деградации с течением времени. Хорошо спроектированный воздушный подшипник-может работать годами без снижения точности позиционирования из-за механического износа, в отличие от шариковых или роликовых подшипников, которые постепенно теряют точность по мере износа колец и элементов.
Воздушные пленки естественным образом усредняются небольшимидефекты поверхности, обеспечивая более плавное движение, чем могут достичь большинство механических альтернатив.
Почему воздушные подшипники и гранит встречаются вместе
Воздушным подшипникам нужна чрезвычайно плоская, устойчивая поверхность с низким -трением-, по которой можно ездить, и именно здесь гранит занимает свое место в системе, а не сталь или чугун. Гранит не подвергается коррозии, не образует микроскопических заусенцев и поверхностных изменений, которые могут возникнуть со временем у металла, а его плоскостность сохраняется, поскольку он не подвержен остаточным напряжениям, которые подвергаются механическим и сварным металлоконструкциям в процессе производства. Гранитная платформа в сочетании с воздушной опорной ступенью обеспечивает комбинацию, в которой ни один из компонентов не является слабым звеном с точки зрения точности или долгосрочной-стабильности.
Где вы на самом деле найдете эту комбинацию
Координатно-измерительные машины (КИМ) и системы измерения профиля, в которых датчик или каретка датчика должны перемещаться, не создавая собственного позиционного шума.
Этапы проверки полупроводников и литографии, где допуски на позиционирование пластин измеряются в нанометрах.
Прецизионные лазерные системы, в том числе фемтосекундные и пикосекундные лазерные платформы, в которых стабильность траектории луча- зависит от того, насколько механическая платформа под ней остается совершенно неподвижной и плавно движется, когда она движется.
Столы XY с линейными двигателями используются во всем: от оборудования для сверления печатных плат до линий проверки аккумуляторных элементов.
Компромисс,-о котором стоит знать
Воздушные подшипники - это не бесплатный обед -, им нужна чистая, сухая, регулируемая подача сжатого воздуха, и если эта подача прерывается, поверхности подшипников могут напрямую контактировать, что, как правило, система рассчитана на кратковременное выдерживание, но не на что полагаться. Они также, как правило, стоят дороже, чем механические подшипники при эквивалентной грузоподъемности. Однако для применений, где этого действительно требуют требования к точности, альтернативы не так уж и много -, и именно поэтому за последние два десятилетия воздушные подшипники стали почти выбором по умолчанию в сверх-прецизионных системах перемещения.