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。$ n' R% u6 ?+ {6 O! O! Z+ E O
图1
0 g8 x' A7 n; `5 Q图1. v+ ]* A, }& R0 x% S
图2% L) I7 |# C! U, t1 O% X+ u
图2
$ M6 e; X. k4 p, W8 B8 P/ U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:
# F) i: U& a5 z4 T k+ I# s图3( U% a& |& R4 j
图3# Y( @! C7 \ w
(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。
\0 K/ `0 S3 b0 B: F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。5 p9 ]. p' }- K( E: C- \/ g- b
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。
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图4% ~) B: p; d q0 C' H+ u
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。
0 ?! ?) W2 k3 P) Y) R闭式静压导轨具有如下特点:6 i j5 r1 u/ Z; _/ h% F
(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;1 _7 Y+ @( F o+ E- ]/ F
(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;( _; J0 {: I$ C1 x! x. _' C5 H* s
(3)导轨制造及调整比较复杂;
) l6 u n4 H4 F) D/ X(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。
3 o, O* j R" |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。
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2 q- y# W) c; }9 F& |4 T6 V平面封闭型 重力平衡型 真空预载荷型 圆筒封闭型1 ?' h7 g9 j$ a, R9 @% S
(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。5 X# z9 l) j# `% |7 @
(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;9 x2 J& V5 j2 m6 _+ m1 X
(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;
) i4 ]" C) O; i5 j( R(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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