тел: (495) 600-40-84

Особенности и области применения воздушных подшипников

Введение

В большинстве приложений применение механических подшипников является вполне достаточным. Однако существует множество случаев, когда точность, повторяемость при вращении и геометрические характеристики должны быть оптимальными или где вибрации подшипника необходимо исключить. Позиционеры на воздушных подшипниках с успехом могут быть использованы в данных ситуациях. Позиционер представляет собой линейную или вращающуюся платформу, которая как бы плавает на подаваемом под давлением воздухе. В механизме используется система преднагрузки, которая может быть реализована различными методами. Практически нулевой контакт компонентов подшипника, отсутствие трения, износа и люфтов являются достоинством данной технологии.

Fig.1.JPG

Рис.1 Двухкоординатная линейная платформа на воздушных подшипниках с системой отслеживания уровня отклонения вокруг вертикальной оси Z

Высокоточное позиционирование без трения

Путём использования двигателя с прямым приводом и энкодера высокого разрешения наряду с воздушными подшипниками можно добиться точности нанометрового диапазона при линейном перемещении и десятых долей угловой секунды при вращательном движении. Отсутствие трения и механического контакта компонентов подшипника приводит к минимизации возникающей погрешности при двунаправленном позиционировании. Эффект прилипания практически устраняется, улучшая разрешение и уменьшая неравномерность перемещения. Точность повторного позиционирования может быть получена в пределах нескольких отсчётов энкодера. Аналогичная точность может быть достигнута путём применения пьезоэлектрических позиционеров, однако диапазон перемещения данных приводов намного меньше. Конструирование систем на основе магнитной левитации является альтернативным решением.

Стабильность скорости

Отсутствие контакта механических элементов подшипника позволяет добиться плавности хода и контроля над скоростью (стабильность скорости порядка 0.01%). Эксперименты и процессы, такие как тестирование датчиков ускорения, томография, сканирование образцов и профилирование поверхности, основаны на непрерывном перемещении при строго контролируемой скорости, что может быть выполнено с помощью использования воздушных подшипников.

Перемещение с очень малой погрешностью

Линейные платформы на воздушных подшипниках перемещаются с очень высокой прямолинейностью и плоскопараллельностью. Наклон вокруг осей X,Y и Z составляет порядка десятых долей угловых секунд. Биение при перемещении вращающейся платформы составляет менее одной угловой секунды. Кроме того, угловые характеристики воздушного подшипника являются постоянными во времени. Это гарантирует качество изготовления и надёжность измерений для таких приложений, как контроль зеркал и оптики, контроль в полупроводниковой промышленности, производство медицинской техники.

Большой диапазон перемещения

Рычажные пьезоплатформы и пьезоактуаторы могут применяться для многих приложений, где требуется высокая точность перемещения. Однако, в связи с принципиальными ограничениями, диапазон перемещения данных позиционеров ограничен несколькими миллиметрами. Линейные платформы на воздушных подшипниках обеспечивают диапазон перемещения порядка 25 мм и более (рис.2). Компания Physik Instrumente изготавливает линейные платформы на воздушных подшипниках с диапазоном перемещения до 1 метра, а также более метра в случае индивидуальной разработки. 

Fig.2.JPG

Рис.2 Миниатюрная линейная платформа на воздушных подшипниках производства PI.

Отсутствие биения, высокоскоростное вращение

Вращающиеся платформы на воздушных подшипниках (рис.3) обладают высокой точностью перемещения, высокой жёсткостью и плавностью хода в связи с отсутствием роликовых элементов. Величины радиальных и осевых ошибок при вращении таких платформ невелики в сравнении с аналогами, где используются механические подшипники. Стандартные вращающиеся платформы достигают скорости до 600 оборотов в минуту, в то время как соответствующие аналоги на воздушных подшипниках могут применяться для приложений, где требуются более высокие скорости. Платформы могут быть установлены как горизонтально, так и вертикально, в зависимости от задачи.

Fig.3.JPG

 

Рис.3 Внешний вид вращающейся платформы на воздушных подшипниках

Минимальная необходимость в обслуживании

В связи с отсутствием соприкасающихся частей в механизме воздушного подшипника он не подвержен износу. Кроме того, не требуется специальных процедур обслуживания, к примеру, смазка отдельных компонентов. Таким образом, платформы на воздушных подшипниках не требуют технического обслуживания. Более того, с течением времени, система сохраняет устойчивость, производительность не изменяется. Существует необходимость в повторной калибровке. В платформах на воздушных подшипниках износу подвергаются только движущиеся кабели и шланги.

Работа в чистых помещениях

Поскольку воздушные подшипники работают без износа, пыль и другие частицы, которые могут перемещаться по воздуху, не образуются. Данная особенность позволяет использовать воздушные подшипники в чистых помещениях, для тестирования оптики, в полупроводниковой промышленности, для биофармакологических исследований, тестирования индикаторных панелей. Для обеспечения высокой чистоты в некоторых помещениях, в качестве газа рекомендуется использовать чистый азот.

Прецизионное управление генерируемым усилием

Воздушные подшипники работают практически без трения. Это означает, что в случае совместной работы таких подшипников с двигателем, который имеет прямой привод (к примеру, электромагнитным), существует возможность их использования в приложениях, где требуется управление усилиями порядка микро- и наноньютонов (рис.4). Такими приложениями могут быть установка в заданное положение очень хрупких чувствительных объектов или тестирование материалов.

Fig.4.JPG

 Рис.4 Сферические воздушные подшипники могут быть использованы для симуляции отсутствия гравитации.

В каких ситуациях необходимо избегать использования воздушных подшипников?

В связи с принципом работы воздушных подшипников их нельзя использовать в вакууме. Вместо них рекомендуется применение механических подшипников, магнитной подвески или рычажных пьезоплатформ (рис.5).

Fig.5.JPG

Рис.5 XYZ пьезоплатформа производства PI, адаптированная для работы в сверхвысоком вакууме.

Воздушные подшипники обычно используются в чистых помещениях. Следует избегать работы в загрязнённых помещениях. В связи с тем, что позиционеры на воздушных подшипниках работают при подаче сжатого воздуха или азота, это условие должно быть обеспечено. Если специфика приложения не предусматривает такой возможности, то воздушные подшипники не могут быть применены.