[其他]空气轴承和气浮运动系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种空气轴承，特别涉及用于超精密气浮运动系统中运动部件的设计。 

背景技术

空气轴承(Air Bearing)是诸如显微镜、光刻机、超精密切削加工机等设备中所包含的超精密气浮运动系统中的关键部件之一。由于空气轴承采用气膜作为润滑剂，所以它具有高刚度、清洁和无摩擦等诸多优点，但同时也具有在某些应用环境下稳定性不好的缺点。所述空气轴承的稳定性包括静态稳定性和内部转轴高速旋转状态下的动态稳定性。 

制约空气轴承的静态稳定性的常见因素包括气锤振荡现象、气体流动时在空气轴承上产生的微振动、空气轴承的自激谐振和承载物体时的挤压膜效应等等。譬如微振动是由于气体在气道内不稳定流动产生的振动；而气体具有的很大的可压缩性，可以导致空气轴承所承载的物体不能稳定地处于某一平衡位置，而是按正弦规律运动的自激谐振现象。这些因素都可能使得空气轴承在处于静态时的稳定性变差，而无法满足一下应用上的需求。在实际使用中，空气轴承中的转轴通常都是由包括永磁电机、供气装置和可编程逻辑控制器 

（Programmable Logic Controller，PLC）等装置的闭环控制系统驱动，该闭环控制系统按照一定的预定逻辑驱动所述转轴旋转而使得与所述转轴相连的工作台在不同的动态和静态中变化。这时，由于转轴与气膜之间的压力变化、永磁电机的磁通量变化等因素进一步影响了空气轴承的静态稳定性，使得现有的空气轴承的静态稳定性并不能够满足一些应用中的要求。比如显微镜中包含空气轴承的载台需要定点于某一特定位置进行观测，此时需要空气轴承处于静态，但是如果使用的空气轴承的静态稳定性较差的话，就会引起观测失败或者观测不准；再比如光刻机或者超精密刀具加工等包含空气轴承的工作台需要定点于某一特定位置进行持续作业，同样地，此时如果空气轴承的静态稳定性较差的话，就会使得产品的良率下降。 

因此有必要提供一种新的空气轴承来解决上述问题。 

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种空气轴承，其具有较好的静态稳定性。 

本实用新型的目的之二在于提供一种超精密气浮运动系统，采用本实用新型中提出的具有较好的静态稳定性的空气轴承。 

为了达到本实用新型的目的，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种空气轴承，所述空气轴承包括空气轴承本体及位于所述空气轴承本体内的转轴，所述转轴包含呈转轴部和形成于所述转轴部上的凸缘部，所述空气轴承本体上形成有若干个导气孔，当所述转轴处于动态时，流经所述导气孔的气体在所述转轴和所述空气轴承本体之间形成气膜；和当所述转轴处于静态时，流经所述导气孔的气体提供轴向的作用力使所述凸缘部的部分表面与所述空气轴承本体紧密接触，所述凸缘部包括位于所述转轴部上部的第一凸缘部和位于所述转轴部下部的第二凸缘部，所述第一凸缘部和第二凸缘部沿包含所述转轴所在轴线的截面形状为矩形、梭形、圆形和椭圆形中的一种，所述空气轴承本体上形成有垂直于所述第一凸缘部下表面和垂直于所述第二凸缘部上表面的相互对称的若干对导气。 

在一个更进一步的实施例中，所述空气轴承还包括与所述导气孔相连的供气装置，所述供气装置按照预定逻辑向各个导气孔供气。 

在一个更进一步的实施例中，所述空气轴承还包括与所述转轴部相连的驱动装置，所述驱动装置驱动按照预定逻辑所述转轴部旋转。 

在一个更进一步的实施例中，所述驱动装置为永磁电动机。 

根据本实用新型的另一方面，本实用新型提供一种超精密气浮运动系统，其采用了前述的空气轴承。 

与现有技术相比，本实用新型中的空气轴承在转轴处于静态时，利用空气将所述转轴与空气轴承本体紧密接触，从而使得所述转轴能够处于非常稳定的状态。此时，不论进行观测操作或者其它加工操作等都可以获得良好的效果。 

附图说明

结合参考附图及接下来的详细描述，本实用新型将更容易理解，其中同样的附图标记对应同样的结构部件，其中： 

图1为本实用新型中的空气轴承在一个实施例中的剖面示意图； 

图2为本实用新型中的空气轴承在一个实施例中的原理示意图； 

图3为本实用新型中的转轴在另一个实施例中的立体示意图； 

图4为本实用新型中的转轴在再一个实施例中的立体示意图； 

图5为本实用新型中的转轴在再一个实施例中的立体示意图； 

图6为本实用新型中的超精密气浮运动系统在一个实施例中的结构示意图；和