[发明专利]基于双侧对称阻尼的静压气浮导轨

说明书

技术领域

本发明属于精密仪器与测量技术领域，特别是一种基于双侧对称阻尼的静压气浮导轨。

背景技术

静压气浮导轨作为高精度导向与定位机构，广泛应用于各种大型精密仪器设备中。气浮导轨在垂直运动方向受气膜平均作用，可较好地约束其自由度，通过精密研磨、均压与复合节流等技术能够达到很高的导向精度；但在运动方向上由于气浮导轨具有驱动力很小而惯性很大的特点，同时电机、滚珠丝杠及弹性联轴结等构成的传动机构也存在传动间隙、弹性变形、应力变形、摩擦力等缺陷，以传动机构约束其自由度效果往往不理想。受气源扰动、非平稳气流扰动及系统内基础振动和冲击等因素的影响，导轨在运动方向常常存在较大的运动超调和定位后的固有振动，严重影响其导轨的定位精度和静态稳定性。附图1(a)是采用Agilent5529A双频激光干涉仪以1kHz采样率对某型号静压气浮导轨静态稳定性的监测数据。附图1(b)是对导轨监测数据进行谱分析的结果。由图中可以看出，导轨的运动噪声以低频振动为主，其频率成分主要集中在20Hz以下，幅度大约在微米量级。

发明专利“一种空气轴承”(公开号：CN 101042159A，清华大学朱煜、徐登峰等人)着眼于通过内腔节流结构设计提升空气轴承本身的阻尼能力来提高其稳定性，在空气轴承的中部采用了一个类似空气弹簧双腔室的结构，与王云飞所著《气体润滑理论与气体轴承设计》中介绍的阻尼方法类似。该方法能够在一定程度上克服空气轴承对振动衰减时间过长，系统难以稳定的缺点，可降低外界振动和冲击及空气轴承本身固有的微振动对系统的静、动态性能的影响。但该方法是一种被动式径向减振方法，仅能在一定程度上改善导轨在径向的动力学性能。

要提高静压气浮导轨的静态稳定性，引入阻尼环节对导轨在运动方向上(轴向)的非平稳运动和定位后固有振动的能量进行吸收是一种较直接的思路。附图2的(a)、(b)是目前较成熟的串联型、并联型气液复合阻尼器产品的结构示意图，阻尼器采用气缸、液压缸串联或并联结构，在油缸上附加节流阀、单向阀等元件并以管子构成回路，构成调节阀式粘滞阻尼结构，通过控制节流阀与单向阀回路及阀开度的大小，可产生可控的阻尼与阻尼比，提供慢进-快退、快进-慢退等速度调节特性，由于利用了液体工作介质刚度高、粘度大的特性，其刚度与阻尼特性较为理想。但这种阻尼器产品多用在车床进给、液压驱动等大输出力应用场合，其迟滞与爬行现象严重，位置控制精度一般较低。

发明专利“伸缩式-振动阻尼器”(公开号：CN1135584)、“通用空气伺服动力消振器”(授权公告号：CN1333181C)、“摩擦阻尼器”(授权公告号：CN1322249C)及实用新型专利“粘滞阻尼器”(授权公告号：CN2572130Y)、“直线运动阻尼器”(授权公告号：CN2379649Y)中，均提供了以减振和阻尼为目的的结构设计，但这些结构一般应用于液压缓冲器、机床切削振颤抑制、隔振基础、建筑与桥梁的减振抗灾等场合，在精密或超精密运动和定位中的动力学性能不能满足静压气浮导轨的要求。

发明内容

本发明针对现有静压气浮导轨对振动衰减时间过长、系统难以稳定的问题及现有解决方法的不足，提供了一种基于双侧对称阻尼的静压气浮导轨，可在不损失导轨导向精度的前提下，显著减小导轨的运动超调和定位后固有振动的幅度，从而提高导轨的定位精度和静态稳定性，可广泛用于各种大型精密仪器设备的导向与定位机构中。

本发明的技术解决方案是：

一种基于双侧对称阻尼的静压气浮导轨，在静压气浮导轨(10)的气浮套(9)两端对称布置两套技术参数完全相同的粘滞阻尼器(1)构成一个双向粘滞阻尼器，粘滞阻尼器(1)的力输出机构(8)作用在气浮套(9)两端对称的位置上，阻尼力的方向与气浮套运动方向相反，且与气浮套运动方向在一条直线上。

一种基于双侧对称阻尼的静压气浮导轨，其左、右侧的粘滞阻尼器(1)分别由洁净压缩气源(2)、阀门(3)、精密减压阀(4)、气液转换器(5)、双作用液压缸(7)、节流阀(6)构成，洁净压缩气源(2)与阀门(3)连通，在左侧和右侧的粘滞阻尼器(1)内由精密减压阀(4)、气液转换器(5)、节流阀(6)依次串接成两条通道，该两条通道的精密减压阀(4)均与阀门(3)连通，两条通道的节流阀(6)分别与双作用液压缸(7)两端的进油口连通。左、右侧粘滞阻尼器(1)的双作用液压缸(7)对称布置在气浮套(9)两侧，两个力输出机构(8)输出力的方向与气浮套(9)的运动方向在一条直线上。

本发明的技术创新性在于：