[发明专利]一种气体挤压悬浮装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体挤压悬浮装置，属于气体润滑和无接触传送领域。

背景技术

气体轴承技术是上个世纪以来发展起来的一项技术，它用气体代替润滑油作为润滑剂，具有无污染，无磨损，不发热，回转精度高，几乎无摩擦等优点。同时，它还能耐高低温，可以工作在辐射环境下的特点，因而在精密和超精密工程、微细加工、空间技术、医疗器械及核工程等领域有着十分广阔的前景，比液体轴承具有更好的发展空间。因此从上世纪中期开始，它得到了越来越多的关注，得到广泛的应用。

从润滑的机理来分，气体轴承大体可以分为三类：静压型、动压型以及挤压膜型。气体静压轴承又称外部供压轴承，高压气体由外部气源设备供给，经过气门进入支承间隙，形成气膜，以支承负载。动压型是通过被支撑表面相对支承表面运动时，在运动方向楔形间隙产生的气膜压力来支撑负载的，不需要稳定持续的压力气源。这两种轴承目前已经得到广泛的应用。而气体挤压膜润滑虽然具有结构简单紧凑，容易调节等优点，但是其承载能力较低，安装较复杂。国外在上世纪60年代已经开始有人进行理论以及实验的研究。随着压电陶瓷材料的广泛应用，气体挤压膜的承载能力得到了较大的提高，气体挤压膜润滑也得到了国内外学者越来越多的关注。但是由于目前通过气体挤压膜承载的方法仍然不成熟，气体挤压膜润滑仍处于实验室阶段，工程上尚没有得到应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种气体挤压悬浮装置。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种气体挤压悬浮装置包括：挤压激振盘、励振装置；挤压激振盘和励振装置通过变幅杆连接；

励振装置包括压电堆和励振电路，励振电路由信号发生器和功率放大器组成，信号发生器产生的正弦信号进入功率放大器，经功率放大器放大得到的电压信号接在压电堆两极。

所述气体挤压悬浮装置中，压电堆包括至少两片直径相同、厚度相同的圆环状压电片。

所述气体挤压悬浮装置中，变幅杆包括一圆锥形杆体和一圆柱形杆体，其中，所述圆柱形杆体的上端与挤压激振盘底部连接，圆柱形杆体的下端与圆锥形杆体的上端连接，所述圆锥形杆体的下端与励振装置的压电堆连接；所述圆锥形杆体的上端口径小于下端口径，圆柱形杆体的口径与圆锥形杆体的上端口径相同，圆锥形杆体的下端口径与压电堆的直径相同。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：减小物体表面间的摩擦；相对于气体静压润滑，本发明不需要外部气源，适用于轻载的气体润滑场合中；应用此装置制作气体导轨，可实现无接触传送。

附图说明

图1是气体挤压膜润滑机理图。

图2是气膜瞬态承载力曲线。

图3是气体挤压膜悬浮装置示意图。

图4是压电堆连接图。

图5是气体挤压悬浮装置运用到方形轨道的实施例示意图。

图6是方形导轨为180g时的气膜厚度示意图。

图7是方形导轨为525g时的气膜厚度示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

图1所示的为气体悬浮的机理图，对气隙里气体的高频挤压使气隙内压力升高，能产生的承载力的大小由激振振幅、激振频率、气膜间隙以及结构尺寸等决定。

气体挤压膜的承载能力是由气体间隙中气体压力所决定的，在激振盘振动过程中，气隙中的气压的大小可以通过求解气体润滑的雷诺方程得到。

本发明中气体润滑的雷诺方程的形式对其进行数值求解可以得到气膜的压力的分布。

图2为气膜瞬态承载力的分布图。可以看到在一个周期内，气膜压力以及承载力有正有负，但是其平均值大于零，因而有一定的承载能力。

气体挤压膜悬浮装置设计简图如图3，包括：挤压激振盘、励振装置。励振装置包括压电堆和励振电路，励振电路由信号发生器和功率放大器组成，信号发生器产生正弦信号接入功率放大器，信号的频率与压电堆的谐振频率尽量接近，经功率放大器放大后接到压电堆两极。

底座采用重量较大的钢板，以起到减振作用。变幅杆与底座之间通过螺栓连接，带动激振盘做横向振动，最终悬浮起一定质量的物体。

压电堆的连接方式如图4所示，选用为直径34mm的PZT-5A压电陶瓷，并用四片压电片构成压电堆以起到增大振幅的作用。变幅杆的设计频率为20KHz，粗端与细端直径比为4∶1，锥形端长度为77mm，细端连接的圆柱杆长度为49.6mm。激振圆盘的直径为50mm，厚度为3mm。