[發明專利]一種氣體擠壓懸浮裝置

無效

• 申請號: 201210040997.4
• 申請日: 2012-02-22
• 公開（公告）號: CN102594221A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 馬希直;朱達云;王勝光
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02N15/00
• 分類號: H02N15/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種氣體擠壓懸浮裝置，屬于氣體潤滑和無接觸傳送領域。

背景技術

氣體軸承技術是上個世紀以來發展起來的一項技術，它用氣體代替潤滑油作為潤滑劑，具有無污染，無磨損，不發熱，回轉精度高，幾乎無摩擦等優點。同時，它還能耐高低溫，可以工作在輻射環境下的特點，因而在精密和超精密工程、微細加工、空間技術、醫療器械及核工程等領域有著十分廣闊的前景，比液體軸承具有更好的發展空間。因此從上世紀中期開始，它得到了越來越多的關注，得到廣泛的應用。

從潤滑的機理來分，氣體軸承大體可以分為三類：靜壓型、動壓型以及擠壓膜型。氣體靜壓軸承又稱外部供壓軸承，高壓氣體由外部氣源設備供給，經過氣門進入支承間隙，形成氣膜，以支承負載。動壓型是通過被支撐表面相對支承表面運動時，在運動方向楔形間隙產生的氣膜壓力來支撐負載的，不需要穩定持續的壓力氣源。這兩種軸承目前已經得到廣泛的應用。而氣體擠壓膜潤滑雖然具有結構簡單緊湊，容易調節等優點，但是其承載能力較低，安裝較復雜。國外在上世紀60年代已經開始有人進行理論以及實驗的研究。隨著壓電陶瓷材料的廣泛應用，氣體擠壓膜的承載能力得到了較大的提高，氣體擠壓膜潤滑也得到了國內外學者越來越多的關注。但是由于目前通過氣體擠壓膜承載的方法仍然不成熟，氣體擠壓膜潤滑仍處于實驗室階段，工程上尚沒有得到應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，提供了一種氣體擠壓懸浮裝置。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

一種氣體擠壓懸浮裝置包括：擠壓激振盤、勵振裝置；擠壓激振盤和勵振裝置通過變幅桿連接；

勵振裝置包括壓電堆和勵振電路，勵振電路由信號發生器和功率放大器組成，信號發生器產生的正弦信號進入功率放大器，經功率放大器放大得到的電壓信號接在壓電堆兩極。

所述氣體擠壓懸浮裝置中，壓電堆包括至少兩片直徑相同、厚度相同的圓環狀壓電片。

所述氣體擠壓懸浮裝置中，變幅桿包括一圓錐形桿體和一圓柱形桿體，其中，所述圓柱形桿體的上端與擠壓激振盤底部連接，圓柱形桿體的下端與圓錐形桿體的上端連接，所述圓錐形桿體的下端與勵振裝置的壓電堆連接；所述圓錐形桿體的上端口徑小于下端口徑，圓柱形桿體的口徑與圓錐形桿體的上端口徑相同，圓錐形桿體的下端口徑與壓電堆的直徑相同。

本發明采用上述技術方案，具有以下有益效果：減小物體表面間的摩擦；相對于氣體靜壓潤滑，本發明不需要外部氣源，適用于輕載的氣體潤滑場合中；應用此裝置制作氣體導軌，可實現無接觸傳送。

附圖說明

圖1是氣體擠壓膜潤滑機理圖。

圖2是氣膜瞬態承載力曲線。

圖3是氣體擠壓膜懸浮裝置示意圖。

圖4是壓電堆連接圖。

圖5是氣體擠壓懸浮裝置運用到方形軌道的實施例示意圖。

圖6是方形導軌為180g時的氣膜厚度示意圖。

圖7是方形導軌為525g時的氣膜厚度示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對發明的技術方案進行詳細說明：

圖1所示的為氣體懸浮的機理圖，對氣隙里氣體的高頻擠壓使氣隙內壓力升高，能產生的承載力的大小由激振振幅、激振頻率、氣膜間隙以及結構尺寸等決定。

氣體擠壓膜的承載能力是由氣體間隙中氣體壓力所決定的，在激振盤振動過程中，氣隙中的氣壓的大小可以通過求解氣體潤滑的雷諾方程得到。

本發明中氣體潤滑的雷諾方程的形式對其進行數值求解可以得到氣膜的壓力的分布。

圖2為氣膜瞬態承載力的分布圖。可以看到在一個周期內，氣膜壓力以及承載力有正有負，但是其平均值大于零，因而有一定的承載能力。

氣體擠壓膜懸浮裝置設計簡圖如圖3，包括：擠壓激振盤、勵振裝置。勵振裝置包括壓電堆和勵振電路，勵振電路由信號發生器和功率放大器組成，信號發生器產生正弦信號接入功率放大器，信號的頻率與壓電堆的諧振頻率盡量接近，經功率放大器放大后接到壓電堆兩極。

底座采用重量較大的鋼板，以起到減振作用。變幅桿與底座之間通過螺栓連接，帶動激振盤做橫向振動，最終懸浮起一定質量的物體。

壓電堆的連接方式如圖4所示，選用為直徑34mm的PZT-5A壓電陶瓷，并用四片壓電片構成壓電堆以起到增大振幅的作用。變幅桿的設計頻率為20KHz，粗端與細端直徑比為4∶1，錐形端長度為77mm，細端連接的圓柱桿長度為49.6mm。激振圓盤的直徑為50mm，厚度為3mm。