CN101818759B - 不受气管扰动影响的超长距离跟随吊点一维运动轨迹的气浮装置 - Google Patents
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Abstract
一种不受气管扰动影响的超长距离跟随吊点一维运动轨迹的气浮装置，包括气浮轴和气浮套，气浮套套装在所述气浮轴上，气浮套至少有两个，气浮套均与贮气套密封连接，所述贮气套与吊挂绳连接，所述吊挂绳与所述运动件随动，所述气浮装置还包括导轨，导轨上可滑动地安装滑块，滑块与所述气浮轴固定连接，贮气套与气浮轴之间为贮气腔，气浮轴的轴心开有进气通道，进气通道连接压缩气体进气管，进气通道与所述贮气腔连通，贮气腔设有出气口，出气口通过连接气管与各个气浮套的进气口连通。本发明提供有效避免气浮组件随运动件无摩擦运动过程中气管产生的阻力影响、可靠性良好的不受气管扰动影响的超长距离跟随吊点一维运动轨迹的气浮装置。
Description
技术领域
本发明涉及气浮装置，尤其是一种实现直线运动的无摩擦气浮装置。
背景技术
随着科学技术和机械制造业的不断发展，人们的创造力也在不断发展，气悬浮非接触无摩擦运动的实现，就是一个很好的例子。空气轴承作为气悬浮技术在机械相对运动方面的一个成功应用，其技术已经相当成熟。空气轴承又称气浮轴承，是一种轴承，它通过向轴腔内注入压缩气体，气膜就像润滑剂一样把相关运动的两个表面分离，从而使套在轴承中的气浮轴悬浮，其中气膜的厚度在1到10微米之间。相对普通轴承，除了非接触无摩擦相对运动外，空气轴承在更高旋转精度、高速、减少振动、耐震强度高、延长使用寿命、减少污染及增加轴向/径向负载能力等方面的优越性，使其刚出现便很快发展并得到很广的应用。
气悬浮系统除了可应用在气浮轴转动领域，由于其两表面非接触无摩擦的特性，亦可很好的应用于气浮轴轴向移动领域，例如在专利申请号为CN200710071515.0的“气浮磁动无摩擦悬吊装置”公开了一种将气浮轴应用在立式无摩擦运动领域的气浮装置，其中使用了两个空气轴承很好地实现了在竖直方向上轴的无摩擦运动。然而，对于如何实现大位移的无摩擦运动，在现有技术中，却一直没有找到很好的设计。
如图1所示的就是一种空气轴承的典型运用：将运动件1系于气浮套2(空气轴承)上，气浮套2直接套在气浮轴3上，压缩气体通过气管4进入气浮套2，当运动件1沿气浮轴3做轴向运动时，要求气浮套2能够随时跟踪运动件1做同样的运动，且在气浮套2和气浮轴3间无摩擦，从而避免因摩擦对运动件1产生的影响。这类系统在高精度运动控制和测量领域有着很重要的意义。
但是，为保证气浮套的承载力，气浮套与气浮轴之间的气隙非常小(通常为1至10微米)，因此气浮轴的同轴度加工精度要求非常高。另一方面，由于受到运动件、气浮轴、气浮套等的重力作用，对气浮轴材料的弯曲刚度要求很高。随着运动件移动距离的增加，气浮轴的长度增加，因为气浮轴是细长杆件，要保证气浮轴长度全长与气浮套之间的间隙，加工难度很大。因此，能应用在超长距离场合下气浮轴几乎无法加工。该方案可实现短距离的无摩擦运动，对于长距离甚至超长距离的无摩擦运动几乎无法实现。即使可加工超长距离高精度的气浮轴，也能难运输与安装，且很难维护，一旦气浮轴出现问题必须全部更换。
另一方面，为保证气浮，必须有一定压力的压缩气体进入轴与轴套之间从而产生气膜。接入方式有两种，轴供气或轴套供气。对于轴向运动来说，通常采用轴套供气，即压缩气体通过气管连接到气浮套，气浮套内侧气孔排出气体从而产生气膜。这类方式连接方便、耗气量小。如果采用气浮轴供气，即压缩气体通过气管接入气浮轴，气浮轴外侧气孔排出气体与气浮套间产生气膜。这种方式对于轴向运动来说，由于气浮轴比气浮套长得多，必须保证整个气浮套运动范围内都有气孔，因此气体泄漏量大，随着气浮轴的长度增加泄漏量十分巨大，导致实际工程应用上无法实现。但不论采用哪种方式供气，压缩气体都必须通过气管连接，当气浮轴或气浮套做轴向运动时，气管也需要做运动，会导致气管弯曲，因气管具有一定的刚度，这就可能会带来附加力的影响。所产生的附加力必然会传递到运动件，从而对运动件空间位置及运动造成影响。
发明内容
为了克服已有的气浮装置无法实现超长距离运动，并且存在气管阻力影响、可靠性较低的不足，本发明提供一种有效避免气浮组件随运动件无摩擦运动过程中气管产生的阻力影响、可靠性良好的不受气管扰动影响的超长距离跟随吊点运动轨迹的气浮装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种不受气管扰动影响的超长距离跟随吊点一维运动轨迹的气浮装置，包括气浮轴和气浮套，所述气浮套套装在所述气浮轴上，所述气浮套至少有两个，所述气浮套均与贮气套密封连接，所述贮气套与吊挂绳连接，所述吊挂绳与所述运动件随动，所述气浮装置还包括导轨，所述导轨上可滑动地安装滑块，所述滑块与所述气浮轴固定连接，所述贮气套与气浮轴之间为贮气腔，所述气浮轴的轴心开有进气通道，所述进气通道连接压缩气体进气管，所述进气通道与所述贮气腔连通，所述贮气腔设有出气口，所述出气口通过连接气管与各个气浮套的进气口连通。
所述气浮轴的两端分别套装安装座，所述安装座与所述滑块固定连接。
所述气浮装置还包括用以判断贮气套偏离气浮轴中间位置是否达到设定值的位置传感器，所述位置传感器安装在安装座与气浮套之间。
所述位置传感器为霍尔传感器和永磁铁，所述霍尔传感器安装在所述安装座上，所述永磁铁安装在气浮套靠近安装座的外侧。当然，也可以采用诸如光电传感器之类的其他位置传感器或其它非接触式接近开关。
气浮套根据运动件吊点位置无摩擦随动，根据检测气浮套位置，主动控制电机等驱动源，通过滚珠丝杠、同步带、皮带或钢丝绳等各类常规方式控制滑块移动，保证贮气套位于气浮轴中部。这样就能够保证气浮套在超长距离移动情况下始终保持无摩擦。
本发明的有益效果主要表现在：气浮套根据运动件吊点位置无摩擦随动，根据检测气浮套位置，通过电机等驱动源，通过滚珠丝杠、同步带、皮带或钢丝绳等各类常规方式控制滑块移动，尽可能保证贮气套位于气浮轴中间位置。这样就能够保证运动件在超长距离移动情况下始终保持无摩擦。同时由于对气浮装置通过气浮轴供气，而运动件是固定在贮气套上的，因此装置移动时进气管弯曲产生的力只作用在气浮轴上，而不会传递到贮气套，从而也不会对连接到贮气套的运动件产生附加力的影响。
附图说明
图1是现有的气浮轴随动部件的示意图。
图2是不受气管扰动影响的超长距离跟随吊点一维运动轨迹的气浮装置的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
参照图2，一种不受气管扰动影响的超长距离跟随吊点一维运动轨迹的气浮装置，包括气浮轴3和气浮套2，所述气浮套2套装在所述气浮轴3上，所述气浮套2至少有两个，所述气浮套2均与贮气套4密封连接，所述贮气套4与吊挂绳连接，所述吊挂绳与所述运动件1随动，所述气浮装置还包括导轨5，所述导轨5上可滑动地安装滑块6，所述滑块6与所述气浮轴3固定连接，所述贮气套4与气浮轴3之间为贮气腔，所述气浮轴3的轴心开有进气通道7，进气通道7连接压缩气体进气管12，所述进气通道7与所述贮气腔连通，所述贮气腔设有出气口，所述出气口通过连接气管11与各个气浮套2的进气口连通。
所述气浮轴3的两端分别套装安装座8，所述安装座8与所述滑块6固定连接。
所述气浮装置还包括用以判断贮气套偏离气浮轴中间位置是否达到设定值的位置传感器，所述位置传感器安装在安装座与气浮套之间。
所述位置传感器为霍尔传感器9和永磁铁10，所述霍尔传感器9安装在所述安装座8上，所述永磁铁10安装在气浮套靠近安装座的外侧。当然，也可以采用诸如光电传感器之类的其他位置传感器或其它非接触式接近开关。
气浮套与贮气套间通过O型圈对贮气套密封，运动件1通过刚性或柔性连接在贮气套下方，所述气浮轴的截面可以采用圆形，也可以采用非圆截面，诸如矩形等，采用非圆截面气浮轴可以防止轴转动。
本实施例中，气浮套2为两个，当运动件1沿与气浮轴3轴向平行的方向短距离移动时，随即拖动贮气套4与气浮套2在气浮轴3上轴向随动。当某一方向的位置传感器检测到气浮套接近后，主动控制电机等驱动源，通过滚珠丝杠、同步带、皮带或钢丝绳等各类常规方式控制滑块按气浮套相同运动方向移动，从而保证贮气套始终位于气浮轴中部位置。对于长距离移动的场合，首先通过主动驱动机构带动滑块移动，由于气浮套与气浮轴之间无摩擦运动的特性，滑块的移动过程并不对气浮套和贮气套及运动件的空间位置及运动造成影响。故而巧妙地将轴向长距离无摩擦移动嫁接到一般精度的滑块导轨组件上，即可实现极短气浮轴随运动件的大位移移动。
同时由于对气浮装置通过气浮轴的轴心孔供气，再经贮气腔后通过气管给各个气浮套供气，而运动件是固定在贮气套上的，因此装置移动时气管弯曲产生的附加力不会传递到贮气套和气浮套，从而也不会对运动件产生附加力的影响。
由于微控制器在实时信号处理及计算功能的强大优势上，能够实现对一定速度下的运动件进行良好的跟随。
Claims (5)
1.一种不受气管扰动影响的超长距离跟随吊点一维运动轨迹的气浮装置，包括气浮轴和气浮套，所述气浮套套装在所述气浮轴上，其特征在于：所述气浮套至少有两个，所述气浮套均与贮气套密封连接，所述贮气套与吊挂绳连接，所述吊挂绳与运动件随动，所述气浮装置还包括导轨，所述导轨上可滑动地安装滑块，所述滑块与所述气浮轴固定连接，所述贮气套与气浮轴之间为贮气腔，所述气浮轴的轴心开有进气通道，所述进气通道连接压缩气体进气管，所述进气通道与所述贮气腔连通，所述贮气腔设有出气口，所述出气口通过连接气管与各个气浮套的进气口连通。
2.如权利要求1所述的不受气管扰动影响的超长距离跟随吊点一维运动轨迹的气浮装置，其特征在于：所述气浮轴的两端分别套装安装座，所述安装座与所述滑块固定连接。
3.如权利要求1或2所述的不受气管扰动影响的超长距离跟随吊点一维运动轨迹的气浮装置，其特征在于：所述气浮装置还包括用以判断贮气套偏离气浮轴中间位置是否达到设定值的位置传感器，所述位置传感器安装在安装座与气浮套之间。
4.如权利要求3所述的不受气管扰动影响的超长距离跟随吊点一维运动轨迹的气浮装置，其特征在于：所述位置传感器为霍尔传感器和永磁铁，所述霍尔传感器安装在所述安装座上，所述永磁铁安装在气浮套靠近安装座的外侧。
5.如权利要求1或2所述的不受气管扰动影响的超长距离跟随吊点一维运动轨迹的气浮装置，其特征在于：所述气浮套与贮气套间通过O型圈密封连接。
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