У механических подшипников есть потолок, который они не могут преодолеть, независимо от того, насколько хорошо они сделаны. Шарикоподшипники, роликовые подшипники, линейные направляющие - — все они основаны на физическом контакте где-то на пути нагрузки, а физический контакт означает трение, износ и повторяемый, но никогда не идеально плавный профиль движения. Воздушные подшипники полностью обходят эту проблему, исключая контакт из уравнения, а гранит незаметно стал одной из стандартных эталонных поверхностей, что позволяет этому подходу работать в точном-промышленном масштабе.
Основы физики: воздушная пленка, выполняющая работу стальных шариков
Воздушный подшипник работает, нагнетая воздух под давлением через пористую или-подающую подушку с отверстиями, создавая тонкую подушку -, обычно толщиной в несколько микрон - между подушкой и опорной поверхностью. Нагрузка полностью опирается на эту воздушную пленку. Во время нормальной работы в системе нет контакта металла-с-металлом или шарика-с-кольцом, что означает отсутствие трения качения, отсутствие заедания-скольжения в начале движения и отсутствие механического износа, который в конечном итоге снижает точность обычного подшипника в течение многих лет езды на велосипеде.
Практический результат – более плавное и предсказуемое движение, особенно на низких-скоростях и высокой-точности спектра движения, где механические подшипники, как правило, испытывают наибольшие трудности. Прилипание-скольжение - небольшой, резкий переход, который механический подшипник совершает между статическим и кинетическим трением в начале движения - по существу исчезает с воздушным подшипником, потому что в первую очередь нет статического трения, которое нужно преодолевать.
Почему опорная поверхность так же важна, как и опорная площадка
Воздушный подшипник хорош настолько, насколько хороша поверхность, по которой он движется. Толщина воздушной пленки должна оставаться постоянной во всем диапазоне хода, и любое изменение этого зазора - из-за неровностей поверхности, пористости или постепенного износа - напрямую проявляется в виде изменения жесткости и ошибки позиционирования в системе движения над ней. Этой части конструкции воздушного подшипника уделяется меньше внимания, чем самой подушке подшипника, и именно здесь гранит заслуживает свое место.
Гранит предлагает комбинацию свойств, которые подходят именно для этой роли: низкая постоянная пористость при правильном получении материала, мелкая кристаллическая структура, которая позволяет получить по-настоящему плоскую и стабильную опорную плоскость, а также стабильность размеров, которая сохраняется в течение многих лет, а не ухудшается под постоянным воздействием активной воздушной пленки. Черный гранит премиум-класса с плотностью 3100 кг/м³ обеспечивает такую консистенцию более надежно, чем камень более низкого-сорта, где переменная пористость может привести к микро-неравномерности поверхности, которая подрывает стабильность воздушной пленки.
Где трение-свободное движение действительно имеет значение
Системы воздушных подшипниковпроявляются непропорционально в приложениях, где ошибка, вызванная трением,-пусть даже небольшая, приводит к реальной проблеме с точностью. Этапы обработки-полупроводниковых пластин, высокоточные-таблицы XY и оси координатно-измерительных машин – типичные примеры - всех приложений, где повторяемость позиционирования на суб-микронном уровне является основной задачей, и где отклонение трения обычного подшипника будет ограничивающим фактором для точности системы.
Виброизоляция — второстепенное преимущество, о котором стоит упомянуть. Поскольку между движущимся элементом и опорной поверхностью нет физического контакта, передающего механический шум, системы с воздушными подшипниками имеют тенденцию изолировать определенные режимы вибрации более эффективно, чем механические альтернативы -, полезные в лазерной обработке и оборудовании для оптического контроля, где стабильность луча или оптического пути зависит от минимизации структурного шума, достигающего рабочей поверхности.
Что на самом деле ограничивает внедрение воздушных подшипников
Воздушные подшипники не являются универсальным обновлением, поэтому стоит прямо сказать-о компромиссах. Им требуется непрерывная, чистая, регулируемая подача воздуха -, которой просто нет у механических подшипников, а также подлинное внимание к надежности в средах, где качество сжатого воздуха жестко не контролируется. Грузоподъемность на единицу площади обычно ниже, чем у сопоставимого механического подшипника, поэтому площадь поверхности воздушного подшипника обычно больше по сравнению с несущей нагрузкой. А сама эталонная поверхность -, будь то гранит или керамика, - должна быть изготовлена и проверена на соответствие стандарту, который никогда не требуется для большинства традиционных подшипников, что влияет как на стоимость, так и на время выполнения заказа.
Практическое замечание по изготовлению этих поверхностей
Мы обрабатываем гранитные воздушные опорные поверхности как часть нашей прецизионной линии гранитной продукции, и повторяющийся урок из этой работы заключается в том, что проверка плоскостности имеет большее значение, чем она получает признание во время первоначального обсуждения спецификаций. Поверхность, плоская на небольшом образце купона, не гарантирует одинаковую плоскостность по всей рабочей области -этапа большого формата - проверка должна проводиться по фактическому заказываемому размеру, а не экстраполироваться на основе меньшего эталона. Для инженерных групп, определяющих систему воздушных подшипников, это обычно более важный вопрос, который следует задать поставщику, чем вопрос о том, какой конкретный показатель пористости указан в таблице данных: действительно ли эта поверхность была измерена плоской по всему ее рабочему размеру, а не просто предполагалась.