什么是空氣軸承?
空氣軸承(又稱為氣浮軸承)指的是用氣體(通常是空氣,但也有可能是其它氣體)作為潤滑劑的滑動軸承。空氣比油粘滯性小,耐高溫,無污染,因而可用于高速機器、儀器及放射性裝置中,但其負荷能力比油低。 空氣軸承分為三大類:空氣靜壓軸承、空氣動壓軸承和擠壓膜軸承。在一般工業(yè)中,空氣靜壓軸承用得較廣泛。
空氣軸承的結構
由軸承內圈和外圈,外圈上有空氣的進出口空,內圈上有噴嘴。
工作原理
空氣軸承是利用空氣彈性勢來起支承作用的一種新型軸承。
優(yōu)點
更高精度
空氣軸承提供極高的徑向和軸向旋轉精度。由于沒有機械接觸,磨損程度降到了最低,從而確保精度始終保持穩(wěn)定。
由于制造結構的不同,空氣主軸旋轉時的精確性是天生具備的。特殊的制造技術提高了這一精確性,能夠提供極高的旋轉和軸向精度。空氣主軸的設計是,能夠在軸向和徑向同時獲得小于0.1微米TIR的旋轉精確性。由于旋轉的轉子和靜態(tài)支撐部分之間沒有機械接觸,所以沒有磨損產生,從而確保精度始終保持穩(wěn)定——制造商使用統(tǒng)計學加工控制的一個重要特性。
典型的同步徑向偏擺值:<10微米(PCB鉆孔主軸,高速)
典型的非同步徑向偏擺值:<0.025微米(磁盤測試主軸,低速)
D1787高端PCB主軸的動態(tài)偏擺與轉子速度之間的關系
D1640-05磁盤測試主軸的非同步徑向偏擺與轉子速度之間的關系
高速
空氣軸承內部的低剪切力,能夠在提供極高轉速的同時,將動力損失降到最低,并使產生的熱量非常小。轉速可以超過300,000轉/分鐘。
空氣軸承阻力較低,允許較高的速度,并能同時保持較低的振動水平。摩擦對空氣軸承旋轉的阻礙非常小,并且,因此使得動力損失和熱量產生也非常小。這使得轉子能夠以極高的表面速度運行。有些主軸中,較高的旋轉速度會導致軸承硬度的增加——由空氣動力學和回轉加勁的特點導致的。
各個市場領域中目前最高速西風空氣主軸的圖示
增加刀具壽命
使用空氣軸承意味著能夠大大延長刀具的壽命。
較低的振動和較高的旋轉精度,意味著鉆頭、刀具、砂輪、和鉆探工具都會有更長的壽命——降低了保養(yǎng)和運行成本。特別地,在PCB鉆孔行業(yè)中,目前使用的鉆針直徑更小至50微米,只有空氣主軸才能以所需的速度運行,以確保刀具的壽命達到要求
砂輪壽命的典型增長:1.5倍~4倍,取決于應用領域和砂輪類型
直徑0.01的PCB鉆孔工具壽命與旋轉速度之間的關系
提高表面光度
空氣主軸精確的、可重復的運動,使得表明光度達到了非常出色的程度。
空氣主軸的應用(如:半導體加工)提供了流暢的、精確的、可重復的運動——使得表面光度更佳。與滾珠軸承主軸不同,空氣軸承提供了穩(wěn)定的軸承硬度,能夠確保所加工的硬質材料表面以下部分的破損程度最小。由于硬度是由貫穿軸承的、始終如一的空氣流提供的,轉子所經(jīng)受的、來自外負載的作用力,在其旋轉時穩(wěn)定的分布在所有點上。這一特性與研磨時產生良好的表面光度息息相關。
典型的表面光度:
表面研磨——<0.05微米(2微英寸)CLA
菱形轉動、或者飛刀切削丙烯酸樹脂和軟性材料——<0.012微米(0.5微因存)CLA,達到穩(wěn)定的光學品質
空氣軸承硬度值:
——軸向:達到250牛頓/微米(1,400,000磅/英寸)
——徑向:達到580牛頓/微米(3,300,000磅/英寸)
空氣主軸精確的、可重復的運動,使得表明光度達到了非常出色的程度。
C滾動元件軸承和空氣軸承的硬度比較
延長軸承壽命
由于沒有機械接觸、并且供給清潔的空氣(沒有油和水),因此軸承的壽命大大延長了。
軸承內部沒有任何金屬與金屬之間的接觸,如果供給的空氣清潔、且沒有油和水,將確保實際上無限的壽命,此外,由于運行的性質,空氣軸承會從軸承尾部不斷排除空氣,這就形成了阻礙外部有害污染物(如:原料碎片、或者切割液)進入的天然屏障。這增加了機器的利用率,減少了停機時間,從而提高了整體的效率。
滾珠軸承和空氣軸承壽命的比較
溫度上升緩慢
低摩擦,穩(wěn)定的空氣流、和有效的動力傳送,使溫度上升幅度降到最低。
由于多種因素(如:低摩擦,穩(wěn)定的空氣流、和有效的動力傳送),主軸轉子的熱效應非常小。此外,特殊材料和結構方法的選擇,以及內部的液體冷卻管道,幾乎完全消除了溫度的上升,因此,無需預熱階段。
水冷卻PCB鉆孔主軸在200,000轉/分鐘的速度時的熱成像
減少保養(yǎng)
只需要極少的保養(yǎng)。對空氣供給和冷卻系統(tǒng)的定期檢查,就是確保完全可靠性所需完成的全部工作。
通常,對空氣供給進行定期檢查就足以確保完全的軸承可靠性。如果主軸是在設計規(guī)范限定的條件下運行的,主軸擁有很長的運轉壽命。一般保養(yǎng)通常包括:確保空氣和水供給保持清潔,并達到正確的標準。
注意:將夾頭或者其他支撐裝置安裝到主軸上,必須遵循特定的保養(yǎng)規(guī)定。
典型的空氣過濾要求:0.1微米
增大負載能力
空氣軸承能夠支撐很大的負載,所以使得它們能夠被應用于很多行業(yè)的機械工具中。
空氣軸承設計能夠具備較高的負載能力、較高的硬度能力、或者兩