[發明專利]一種微納多孔節流靜壓氣浮圓柱軸承

在審

• 申請號: 202011046120.7
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN114321178A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 于普良;夏巨興;姜慶;羅強;胡回
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: F16C32/06
• 分類號: F16C32/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種微納多孔節流靜壓氣浮圓柱軸承裝置，其特征在于：氣浮圓柱軸承內表面分布多個微納多孔節流器，即氣浮圓柱軸承內表面分布單排或多排微納多孔節流器，且每排周向均勻分布多個微納多孔節流器。微納多孔節流器為薄片結構，厚度為0.1?10mm，直徑為1?100mm，薄片結構上開有微納多孔，不同直徑大小的多孔可以根據設計自由組合（微米級、納米級多孔組合或者微米級和納米級混合多孔組合），通過優化進行合理布局。本發明不僅可以顯著提高氣浮圓柱軸承的穩定性和力學特性，而且可以有效降低氣浮圓柱軸承的自激振動。按照本發明的一種微納多孔節流靜壓氣浮圓柱軸承具有高速度和高精度等優點，尤其適用于超精密半導體設備和微/納機電系統等領域。

技術領域

本發明涉及一種微納多孔節流靜壓氣浮圓柱軸承，能夠顯著提高氣浮圓柱軸承的穩定性，同時可以降低氣浮圓柱軸承自激振動，主要應用于集成電路制造和精密光學等領域。

背景技術

氣浮圓柱軸承具有高速度、高精度、無摩擦發熱和超潔凈等優點，廣泛應用于微納加工與制造等領域。 然而，氣體軸承存在承載力低、剛度弱和微振動等問題：一方面高速氣體的湍流流動引發的微振動會影響超精密運動系統的動力學特性；另一方面，傳統氣浮支承阻尼弱，難以快速衰減外界擾動。 傳統氣浮圓柱軸承節流方式主要包括小孔節流，狹縫節流和多孔介質節流。狹縫節流對加工要求精度高，價格昂貴；多孔節流中的多孔材料小孔大小及分布均不理想，材料的差異性會導致氣浮圓柱軸承的穩定性不一致。由此可見，小孔節流是傳統氣浮圓柱軸承的主要節流方式。但是，隨著超精密加工和超精密定位要求越來越苛刻，小孔節流存在的湍流自激振動逐漸制約超緊密加工和超精密定位的提升。因此，需要設計一種高穩定性且自激振動小的氣體圓柱軸承。

發明內容

本發明的目的是在于解決上述技術上的不足，改善上述氣浮圓柱軸承自激振動的缺點，氣浮圓柱軸承內表面分布單排或者多排微納多孔節流器（每排周向均勻分布多個微納多孔節流器），微納多孔直徑大小為微米級和納米級尺度，不同直徑大小的多孔可以根據設計自由組合（微米級多孔組合、納米級多孔組合或者微米級和納米級混合多孔組合），通過優化設計進行合理布局，因此，該氣浮圓柱軸承更具有更高穩定性和良好的動力學特性。

為了解決上述問題，本發明采用的技術方案是一種微納多孔節流靜壓氣浮圓柱軸承，氣浮圓柱軸承內表面分布多個微納多孔節流器，即氣浮圓柱軸承內表面分布單排或多排微納多孔節流器（每排周向均勻分布多個微納多孔節流器），微納多孔節流器為薄片結構，厚度為0.1-10mm，直徑為1-100mm，薄片結構上開有微納多孔，微納多孔的直徑為微米級或者納米級尺度，不同直徑大小的多孔可以根據設計自由組合（微米級多孔組合、納米級多孔組合或者微米級和納米級混合多孔組合），對其進行優化設計和合理布局。

本發明提供的一種微納多孔節流靜壓氣浮圓柱軸承具有很多優點，微納多孔直徑大小為微米級和納米級，不同直徑大小的多孔可以自由組合，然后優化設計進行合理布局。這樣可以克服多孔介質易堵塞的問題，氣流更均勻和更穩定。因此，能夠顯著改善氣浮圓柱軸承動力學特性，并實現氣浮圓柱軸承的更高穩定性，適用于微/納機電系統、納米加工與制造技術等超精密制造領域。

為實現上述目的，本發明是通過以下技術手段實現的： 提供了一種微納多孔節流靜壓氣浮圓柱軸承，包括氣浮圓柱軸承本體、微納多孔節流器和圓柱狀支承部件，其中：氣浮圓柱軸承本體開設有氣體通道，高壓氣體由進氣口進入氣體通道，先后流經氣體通道、氣腔、微納多孔，擴散至氣浮圓柱軸承本體內表面和圓柱狀支承部件側面之間的間隙，最終排放至大氣環境，構成了靜壓氣體潤滑支承，實現被支承物體的懸浮。

所述的微納多孔節流器的微納多孔直徑大小為微米級和納米級尺度，微納多孔數目在幾十到幾百萬之間，不同直徑大小的多孔可以根據設計自由組合（微米級多孔組合、納米級多孔組合或者微米級和納米級混合多孔組合），然后通過優化進行合理布局（包括均勻分布和非均勻分布）。