Konstruktion av luftlagret:
Luftlagret är sammansatt av en innerring och en yttre ring. Det finns luftintag och utloppshål på den yttre ringen och munstycken på den inre ringen. Som visas på bilden:
Funktioner och fördelar med luftlagret:
Luftlager är vätskelager som använder en tunn film av trycksatt gas för att ge ett lastbärande gränssnitt med låg friktion mellan ytorna. Jämfört med traditionella industriella lager har det egenskaperna låg friktion, låg förlust och nollsmörjning. Den har tydliga fördelar i exakt positionering (som inget glapp och stiction) och höghastighetsapplikationer.
- Högre precision:
På grund av förekomsten av lufttryck är de två ytorna nästan beröringsfria, så att graden av slitage minimeras; samtidigt ger luftlagret extremt hög radiell och axiell rotationsnoggrannhet, vilket säkerställer att noggrannheten alltid är stabil.
- Hög hastighet:
Baserat på det lilla luftmotståndet tillåter den högre hastigheter samtidigt som en låg vibrationsnivå bibehålls under drift; utrymmet inuti lagret är litet, och friktionen hindrar luftlagrets rotation mindre, så effektförlusten och värmegenereringen är också mycket liten. Å andra sidan möjliggör de låga skjuvkrafterna inuti luftlagren extremt höga rotationshastigheter med minimal effektförlust och mycket liten värmealstring. Rotationshastigheten kan överstiga 300,000 rpm.
- Lägre vibration:
Mindre luftmotstånd och friktion gör att luftaxeln går smidigare, så vibrationen som genereras är nästan försumbar.
-
Temperaturen stiger långsamt:
Olika faktorer (såsom låg friktion, stabilt luftflöde och effektiv kraftöverföring) gör spindelrotorns termiska effekt mycket liten. Dessutom eliminerar valet av speciella material och konstruktionsmetoder, liksom de interna vätskekylkanalerna, nästan temperaturökningen, vilket eliminerar behovet av ett uppvärmningssteg.
-
Längre livslängd:
Luftlager är invändigt utformade så att det inte finns någon metall-till-metall-kontakt, och om den tillförda luften är ren och fri från olja och vatten kommer detta att säkerställa en oändlig livslängd för lagret. Dessutom, på grund av sin funktion, tar luftlager ständigt bort luft från lagrets ände, vilket utgör en naturlig barriär för att förhindra att skadliga externa föroreningar kommer in (som råmaterialfragment eller skärvätska). Detta ökar maskinutnyttjandet och minskar stilleståndstiden, vilket förbättrar den totala effektiviteten.
-
Tydligare:
Baserat på det faktum att huvudströmkällan inuti lagret är gas, det finns inget fysiskt smörjmaterial som fett, och luftspindeln har en renare driftsmiljö, samtidigt kommer luftlagret inte att ha negativa effekter på yttre arbetsmiljö. Å andra sidan, eftersom gasen i lagret används som det enda smörjmedlet, är dess renhetskrav relativt höga.
- Lägre underhåll:
Ovannämnda låga vibrationer, stabil temperaturhållning, nollsmörjning och andra egenskaper kräver inte mycket underhåll på själva lagret. Det är i allmänhet bara nödvändigt att se till att luft- och vattentillförseln hålls rena.
Klassificering:
Luftlager (aerostatiska lager) faller under kategorin glidlager. Tryckluft som trycks in i lagerspalten, dvs mellan ytorna som glider förbi varandra, bildar smörjmedlet. Den används för att skapa en tryckkudde som stödjer lasten utan kontakt. Den komprimerade luften tillförs vanligtvis av en kompressor, även om lageregenskaperna beror på vilken trycknivå som tillhandahålls. Trycket syftar till att ge högsta möjliga grad av styvhet och dämpning av luftkudden. Luftförbrukningen och jämn fördelning av luft över hela lagerytan spelar en avgörande roll.
I konventionella luftlager strömmar tryckluft vanligtvis in i lagerspalten via ett fåtal men relativt stora munstycken (diameter 0.1 - 0,5 mm). Som ett resultat är deras luftförbrukning inte särskilt flexibel, och lageregenskaperna kan inte anpassas tillräckligt till omgivande parametrar (krafter, moment, lageryta, lagerspaltshöjd, dämpning). För att uppnå den mest likformiga luftfördelningen i spalten trots få munstycken måste olika konstruktionsåtgärder vidtas. Dessa skapar dock dödvolymer, dvs icke-komprimerbara och därmed mjuka luftvolymer. De är extremt skadliga för luftlagerdynamiken, uppmuntrar buller och självexciterade vibrationer.
En centralt placerad kammare runt luftmunstycket finns i enkelmunstyckes luftlager med förkammare. Dess area tar vanligtvis upp 3 - 20% av lagerytan. Även med ett förkammardjup på endast cirka 1/100 mm är dödvolymen för dessa luftlager extremt stor. I värsta fall har dessa luftlager med ett munstycke endast en konkav lageryta istället för en förkammare. Bland andra nackdelar har alla dessa luftlager en mycket dålig tiltstyvhet.
Typiska, konventionella luftlager är utformade med kammare och kanaler. Med tanke på det begränsade antalet luftmunstycken syftar de till att minska dödvolymen samtidigt som luften fördelas väl i spalten. De flesta designidéer relaterar till speciella kanalstrukturer.
Det porösa lagermaterialet i så kallade sintrade luftlager är avsett att säkerställa en jämn luftfördelning. Nackdelar är dock en stor dödvolym (hålrum i materialet) och den ojämna fördelningen av luft på grund av deras oregelbundna porositet. Detta förklarar också de höga fluktuationerna i lageregenskaper för dessa luftlager. Sintrade luftlager kan endast användas i temperaturer mellan 0 - 50 grader på grund av systembegränsningar.
Applikationer:
Luftlagrets egenskaper som nämns ovan gör att det visar sina unika fördelar inom områdena hög hastighet, låg friktion, hög precision och strålning. Till exempel använder rymdfarkostsimulatorer nu oftast luftlager, och 3D-skrivare används nu för att göra luftbärande attitydsimulatorer för CubeSat-satelliter; gaslager används också vid tillverkning av diskenheter och tillverkning av halvledarkiselwafer.