[發(fā)明專利]一種微納多孔節(jié)流靜壓氣浮圓錐軸承

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011014263.X
• 申請(qǐng)日: 2020-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN114251361A
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于普良;姜慶;夏巨興;羅強(qiáng);胡回
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號(hào): F16C32/06
• 分類號(hào): F16C32/06
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開了一種微納多孔節(jié)流靜壓氣浮圓錐軸承裝置，其特征在于：氣浮圓錐軸承內(nèi)表面分布多個(gè)微納多孔節(jié)流器，即氣浮圓錐軸承內(nèi)表面分布單排或多排微納多孔節(jié)流器，且每排周向均勻分布多個(gè)微納多孔節(jié)流器。微納多孔節(jié)流器為薄片結(jié)構(gòu)，厚度為0.1?10mm，直徑為1?100mm，薄片結(jié)構(gòu)上開有微納多孔，微納多孔直徑為微米級(jí)和納米級(jí)尺度，不同直徑大小的多孔可以根據(jù)設(shè)計(jì)自由組合，然后通過(guò)優(yōu)化進(jìn)行合理布局。本發(fā)明不僅可以顯著提高氣浮圓錐軸承的穩(wěn)定性和力學(xué)特性，而且可以有效降低氣浮圓錐軸承的自激振動(dòng)。此外，按照本發(fā)明的微納多孔節(jié)流靜壓氣浮圓錐軸承具有高速度和高精度等優(yōu)點(diǎn)，因此尤其適用于超精密半導(dǎo)體設(shè)備和微/納機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微納多孔節(jié)流靜壓氣浮圓錐軸承，能夠顯著提高氣浮圓錐軸承的穩(wěn)定性，同時(shí)可以降低氣浮圓錐軸承自激振動(dòng)，主要應(yīng)用于集成電路制造和精密光學(xué)等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氣浮圓錐軸承具有高速度、高精度、無(wú)摩擦發(fā)熱和超潔凈等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于微納加工與制造等領(lǐng)域。 然而，氣體軸承存在承載力低、剛度弱和微振動(dòng)等問(wèn)題：一方面高速氣體的湍流流動(dòng)引發(fā)的微振動(dòng)會(huì)影響超精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性；另一方面，傳統(tǒng)氣浮支承阻尼弱，難以快速衰減外界擾動(dòng)。 傳統(tǒng)氣浮圓錐軸承節(jié)流方式主要包括小孔節(jié)流，狹縫節(jié)流和多孔介質(zhì)節(jié)流。狹縫節(jié)流對(duì)加工要求精度高，價(jià)格昂貴；多孔節(jié)流中的多孔材料小孔大小及分布均不理想，材料的差異性會(huì)導(dǎo)致氣浮圓錐軸承的穩(wěn)定性不一致。由此可見，小孔節(jié)流是傳統(tǒng)氣浮圓錐軸承的主要節(jié)流方式。 但是，隨著超精密加工和超精密定位要求越來(lái)越苛刻，小孔節(jié)流存在的湍流自激振動(dòng)逐漸制約超緊密加工和超精密定位的提升。因此，需要設(shè)計(jì)一種高穩(wěn)定性且自激振動(dòng)小的氣體圓錐軸承。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于解決上述技術(shù)上的不足，改善上述氣浮圓錐軸承自激振動(dòng)的缺點(diǎn)，該氣浮圓錐軸承內(nèi)表面分布多個(gè)微納多孔節(jié)流器，即氣浮圓錐軸承內(nèi)表面分布單排或者多排微納多孔節(jié)流器（每排周向均勻分布多個(gè)微納多孔節(jié)流器），微納多孔直徑大小為微米級(jí)和納米級(jí)尺度，不同直徑大小的多孔可以根據(jù)設(shè)計(jì)自由組合（微米級(jí)多孔組合、納米級(jí)多孔組合或者微米級(jí)和納米級(jí)混合多孔組合），通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行合理布局（包括均勻分布和非均勻分布），因此，該氣浮圓錐軸承更具有更高穩(wěn)定性和良好的動(dòng)力學(xué)特性。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種微納多孔節(jié)流靜壓氣浮圓錐軸承，氣浮圓錐軸承內(nèi)表面分布多個(gè)微納多孔節(jié)流器，即氣浮圓錐軸承內(nèi)表面分布單排或多排微納多孔節(jié)流器（每排周向均勻分布多個(gè)微納多孔節(jié)流器），該微納多孔節(jié)流器為薄片結(jié)構(gòu)，厚度為0.1-10mm，直徑為1-100mm，薄片結(jié)構(gòu)上開有微納多孔，微納多孔的直徑為微米級(jí)或者納米級(jí)尺度，不同直徑大小的多孔可以根據(jù)設(shè)計(jì)自由組合（微米級(jí)多孔組合、納米級(jí)多孔組合或者微米級(jí)和納米級(jí)混合多孔組合），對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和合理布局。

本發(fā)明提供的一種微納多孔節(jié)流靜壓氣浮圓錐軸承具有很多優(yōu)點(diǎn)，微納多孔直徑大小為微米級(jí)和納米級(jí)，不同直徑大小的多孔可以自由組合，然后優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行合理布局。這樣可以克服多孔介質(zhì)易堵塞的問(wèn)題，氣流更均勻和更穩(wěn)定。因此，能夠顯著改善氣浮圓錐軸承動(dòng)力學(xué)特性，并實(shí)現(xiàn)氣浮圓錐軸承的更高穩(wěn)定性，適用于微/納機(jī)電系統(tǒng)、納米加工與制造技術(shù)等超精密制造領(lǐng)域。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的： 提供了一種微納多孔節(jié)流靜壓氣浮圓錐軸承，包括氣浮圓錐軸承本體、微納多孔節(jié)流器和圓錐狀支承部件，其中：氣浮圓錐軸承本體開設(shè)有氣體通道，高壓氣體由進(jìn)氣口進(jìn)入氣體通道，先后流經(jīng)氣體通道、氣腔、微納多孔，擴(kuò)散至氣浮圓錐軸承本體內(nèi)表面和圓錐狀支承部件側(cè)面之間的間隙，最終排放至大氣環(huán)境，構(gòu)成了靜壓氣體潤(rùn)滑支承，實(shí)現(xiàn)被支承物體的懸浮。

所述的微納多孔節(jié)流器的微納多孔直徑大小為微米級(jí)和納米級(jí)尺度，微納多孔數(shù)目在幾十到幾百萬(wàn)之間，不同直徑大小的多孔可以根據(jù)設(shè)計(jì)自由組合（微米級(jí)多孔組合、納米級(jí)多孔組合或者微米級(jí)和納米級(jí)混合多孔組合），然后通過(guò)優(yōu)化進(jìn)行合理布局（包括均勻分布和非均勻分布）。