气浮导轨按工作原理分为两种基本类型:空气动压导轨和空气静压导轨。动压型如图1左图所示,两个面相对移动且间隙呈楔形,沿移动方向间隙逐渐变小。由于相对移动,气体因其黏性作用,被拖带压入楔形间隙中,从而产生压力,构成动压悬浮。静压型如图1右图所示,是将外部的压缩气体,通过节流孔导入间隙中,借助其静压使之悬浮起来,节流孔的作用是当间隙变化时,调整间隙内的压力,从而使导轨具有刚度。气浮导轨是由导轨和溜板组成的滑动副,导轨和溜板之间为气膜润滑。
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图1+ z5 L3 V: ]' o2 ?. w
图27 D9 u# m8 T; j4 [8 N5 K/ K
图2
; Z. p. T1 ^; {, [7 @0 F开式静压导轨如图2、图3所示,图2左图为平面型,图2右图为平-V型,图3左图为双三角型,图3右图为平面回转型,它们具有如下特点:
' H+ ?* @/ h4 T K* q7 g$ g* b1 @图3
( A$ W3 M# d1 c* ~2 ?图3
9 E' u" `# g8 }- o/ k9 i: \(1)承受正向载荷的能力很大,承受偏载以及颠覆力矩的能力差,不能够承受反向载荷;(2)导轨结构简单,制造以及调整方便;(3)在当导轨尺寸确定以后,气腔压力就只由载荷决定,所以小载荷时气膜刚度低。
* ^2 e: ~ F/ I2 v. N# \7 W综上所述,开式静压导轨适用于偏载荷及颠覆力矩小,载荷均匀,水平放置或者仅有小角度倾角的场合。' v, h8 |. J$ O; Y s) V4 ]
闭式静压导轨的运动件,除在其运动方向具有一个自由度外,其余运动自由度都由导轨的结构所约束,故属于几何封闭。图4所示为闭式静压导轨常用的几何形式,图4中左1为侧导轨在外侧的平导轨,左2为侧导轨在同一导轨两侧的平导轨,左3为平面回转导轨,左4为菱形导轨。
' E/ M1 L0 H+ H图4
6 Z+ L+ Q6 n1 ^+ H& u4 q图4, ^1 a2 u. ]/ D
图4中左1和左2的平导轨虽有相同的气腔数,但对于侧面间隙受热变形的影响,后者比前者小,且克服了采用可变节流器时侧面气腔过长的缺点。图4中左3的菱形导轨特点是加工面少,适用于载荷不太大,运动件不太长或回转工作台场合。! { m- ~0 z6 r# U& s
闭式静压导轨具有如下特点:2 z6 D" x& W9 v9 W! X
(1)能够承受正反向的载荷,能够承受偏载荷以及颠覆力矩的能力比较强;
' f \5 u) B0 {: |(2)气膜刚度较高,所以对导轨本身的结构的刚度要求比较高;6 W5 J3 G* S: V$ E9 j9 A% t4 H
(3)导轨制造及调整比较复杂;
+ B- M( B) U$ A, x, ^* U5 \* \(4)为了减少功率的损耗,闭式静压导轨一般是采用不等面积气腔的结构。
& U( K# Y2 E7 ~* x7 |% H同时气浮导轨按安装特征可以分为平面封闭型、圆筒封闭型、重力平衡型和真空预载荷型。( ]! a0 _& E. C9 q9 D: m9 Q
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1 k3 l" y( m5 S
平面封闭型 重力平衡型 真空预载荷型 圆筒封闭型3 F8 e6 U% S* Y8 c4 v+ z
(1)平面封闭型:在气浮方向上设计一对方向相对的两个气膜,形成气膜预加载。适用于高精度、高刚度、大负载的导轨。& y3 C" G9 G% r+ e5 |9 o
(2)重力平衡型:结构简单,加工方便,但刚度低,用于负载变动较小的场合;. Y2 L1 @& j- ?5 g
(3)真空预载荷型:用压力气体产生浮力,形成悬浮状态,用真空发生装置产生真空以提高刚度,由于真空的吸附作用,使得这种止推导轨具有双向的刚度,配上x、y两向驱动,可用单层结构,实现二维运动,即开始结构具有闭式特点,提高了工作台的工艺性能;
# P0 Z9 Z9 L7 \( k( F& M(4)圆筒封闭型:该导轨结构简单,但加工复杂,圆柱形导轨得圆柱度和溜板的间隙由机械加工决定,对加工工艺要求较高。而承载能力较小,刚度差,常用于轻载。
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