Каждый механический подшипник, независимо от того, насколько хорошо он изготовлен, где-то имеет контакт - шариков с дорожками качения, вала с втулкой, роликов с рельсом. Из-за этого контакта прецизионные системы перемещения теряют свою точность, и это трудно устранить только за счет улучшения производства. В воздушных подшипниках используется совершенно другой подход: удалите контакт, и вы устраните большинство источников ошибок, связанных с ним. Вопрос, который стоит задать, заключается не в том, верно ли это в принципе -, это, очевидно, -, а в том, где это на самом деле имеет достаточное значение, чтобы оправдать дополнительную сложность и стоимость.
С чем на самом деле борются обычные подшипники
Подшипники с -элементами качения - шарикового или роликового типа - достигают низкого трения за счет закаленных, точно отшлифованных контактных поверхностей, но «низкое трение» не означает «отсутствие трения», и остающееся трение не является идеально постоянным. Статическое трение в состоянии покоя выше, чем динамическое трение во время движения подшипника (разность, известная как прерывистое-скольжение), и она проявляется в виде небольшого, но реального разрыва позиционирования каждый раз, когда этап начинается из состояния покоя. При общей механической обработке этот разрыв незаметен. При суб-позиционировании это измеримый источник ошибки повторяемости.
Подшипники качения-также изнашиваются. При каждом вращении возникает микроскопическое контактное напряжение на границе раздела дорожек шарика-, и в течение миллионов циклов это напряжение приводит к измеримому износу -, изменяя предварительную нагрузку, создавая люфт и постепенно ухудшая повторяемость, которую имел подшипник, когда он был новым. Смазка помогает, но не устраняет механизм; это присуще тому, как работает подшипник.
Какие воздушные подшипники изменяются конструктивно
Воздушный подшипник отделяет движущийся элемент от его опорной поверхности тонкой пленкой воздуха, постоянно находящейся под давлением, обычно толщиной в несколько микрон. Здесь нет контакта качения, нет прерывистого-перехода проскальзывания между статическим и динамическим трением, и - критически - отсутствует механизм износа от самого действия подшипника, поскольку нет физического контакта, создающего напряжение в точке контакта. Подвижный элемент по существу плавает, ограничиваясь давлением воздуха, а не механическим контактом.
Это дает два прямых преимущества для точного движения. Во-первых, трение становится практически незначительным и постоянным во всем диапазоне движения, устраняя прерывистость-скольжения, которая ограничивает повторяемость-элементов качения при очень малых шагах позиционирования. Во-вторых, поскольку отсутствует контактный износ, прецизионные характеристики воздушного подшипника остаются гораздо более стабильными в течение всего срока его службы, чем у подшипника качения, что дает - существенное преимущество для оборудования, которое, как ожидается, будет выдерживать калибровку в течение многих лет непрерывного использования.
Где эталонная поверхность становится ограничивающим фактором
Вот та часть, которая меняет разговор с «воздушных подшипников против обычных подшипников» на нечто более конкретное: собственная точность воздушного подшипника настолько хороша, насколько хороша опорная поверхность, по которой он движется. Консистенция воздушной пленки зависит от плоскостности и пористости поверхности - любое изменение поверхности напрямую приводит к изменению жесткости и, в конечном итоге, к ошибке позиционирования. Вот почему гранит так часто используется в качестве эталонного материала длясистемы воздушных подшипниковконкретно, а не второстепенно по отношению к технологии.
Мелкая, плотно упакованная кристаллическая структура гранита позволяет получить плоскую, -эталонную поверхность с низкой пористостью, стабильную по размерам в течение рабочей смены, не-магнитную и экономичную при обработке больших площадей поверхности, которые требуются многим столам с воздушными-подшипниками XY и платформам с линейным двигателем. На практике технология подшипника и эталонный материал не являются отдельными решениями - хорошо-воздушный подшипник, спроектированный на плохо заданной базовой поверхности, уступает посредственному подшипнику на превосходной.
К чему на самом деле приводит-компромисс
Ничто из этого не делает воздушные подшипники правильным выбором для любого применения, и об этом стоит сказать прямо. Воздушным подшипникам требуется непрерывная, чистая, регулируемая подача воздуха -, которой у обычных подшипников просто нет, и которая увеличивает реальную инфраструктуру и эксплуатационные расходы. Грузоподъемность на единицу площади обычно ниже, чем у эквивалентного подшипника качения-, а это означает, что системам с воздушными подшипниками часто требуется большая площадь поверхности подушки подшипника, чтобы выдерживать ту же нагрузку. Для движения общего-целевого назначения, где суб-повторяемость не является основным требованием, хорошо-специализированная система элементов качения-остается более экономичной и механически более простой.
Воздушные подшипники особенно востребованы в тех случаях, когда прерывистое-проскальзывание и-дрейф, связанный с длительным износом-, являются фактическими ограничивающими факторами - высокоточные-этапы метрологии, работа с полупроводниковыми пластинами, системы оптического выравнивания и другие приложения, где повторяемость позиционирования на суб-микронном уровне определяет, соответствует ли вся система спецификациям.
Что следует проверить перед выбором системы пневматических подшипников
Для инженерно-технических заказчиков, оценивающих системы пневмоподшипников, эталонная поверхность заслуживает такого же пристального внимания, как и само подшипниковое оборудование. Стоит спросить напрямую: какие данные о плоскостности и пористости подтверждают указанную эталонную гранитную или керамическую поверхность, как эта плоскостность проверяется по всей рабочей площади, а не по образцу купона, и есть ли у поставщика интегрированный опыт подбора конструкции подшипниковой опоры для этой конкретной эталонной поверхности, а не рассматривать эти два компонента как независимые компоненты. Мы обрабатываем гранитные эталонные поверхности для воздушных подшипников в рамках нашей прецизионной гранитной линии, и практический урок из этой работы однозначен: - подшипник привлекает внимание при обсуждении спецификаций, но поверхность, по которой он движется, так же часто является фактическим ограничивающим фактором в производительности системы.