[发明专利]一种微纳多孔节流静压气浮圆柱轴承

说明书

本发明公开了一种微纳多孔节流静压气浮圆柱轴承装置，其特征在于：气浮圆柱轴承内表面分布多个微纳多孔节流器，即气浮圆柱轴承内表面分布单排或多排微纳多孔节流器，且每排周向均匀分布多个微纳多孔节流器。微纳多孔节流器为薄片结构，厚度为0.1‑10mm，直径为1‑100mm，薄片结构上开有微纳多孔，不同直径大小的多孔可以根据设计自由组合（微米级、纳米级多孔组合或者微米级和纳米级混合多孔组合），通过优化进行合理布局。本发明不仅可以显著提高气浮圆柱轴承的稳定性和力学特性，而且可以有效降低气浮圆柱轴承的自激振动。按照本发明的一种微纳多孔节流静压气浮圆柱轴承具有高速度和高精度等优点，尤其适用于超精密半导体设备和微/纳机电系统等领域。

技术领域

本发明涉及一种微纳多孔节流静压气浮圆柱轴承，能够显著提高气浮圆柱轴承的稳定性，同时可以降低气浮圆柱轴承自激振动，主要应用于集成电路制造和精密光学等领域。

背景技术

气浮圆柱轴承具有高速度、高精度、无摩擦发热和超洁净等优点，广泛应用于微纳加工与制造等领域。 然而，气体轴承存在承载力低、刚度弱和微振动等问题：一方面高速气体的湍流流动引发的微振动会影响超精密运动系统的动力学特性；另一方面，传统气浮支承阻尼弱，难以快速衰减外界扰动。 传统气浮圆柱轴承节流方式主要包括小孔节流，狭缝节流和多孔介质节流。狭缝节流对加工要求精度高，价格昂贵；多孔节流中的多孔材料小孔大小及分布均不理想，材料的差异性会导致气浮圆柱轴承的稳定性不一致。由此可见，小孔节流是传统气浮圆柱轴承的主要节流方式。但是，随着超精密加工和超精密定位要求越来越苛刻，小孔节流存在的湍流自激振动逐渐制约超紧密加工和超精密定位的提升。因此，需要设计一种高稳定性且自激振动小的气体圆柱轴承。

发明内容

本发明的目的是在于解决上述技术上的不足，改善上述气浮圆柱轴承自激振动的缺点，气浮圆柱轴承内表面分布单排或者多排微纳多孔节流器（每排周向均匀分布多个微纳多孔节流器），微纳多孔直径大小为微米级和纳米级尺度，不同直径大小的多孔可以根据设计自由组合（微米级多孔组合、纳米级多孔组合或者微米级和纳米级混合多孔组合），通过优化设计进行合理布局，因此，该气浮圆柱轴承更具有更高稳定性和良好的动力学特性。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是一种微纳多孔节流静压气浮圆柱轴承，气浮圆柱轴承内表面分布多个微纳多孔节流器，即气浮圆柱轴承内表面分布单排或多排微纳多孔节流器（每排周向均匀分布多个微纳多孔节流器），微纳多孔节流器为薄片结构，厚度为0.1-10mm，直径为1-100mm，薄片结构上开有微纳多孔，微纳多孔的直径为微米级或者纳米级尺度，不同直径大小的多孔可以根据设计自由组合（微米级多孔组合、纳米级多孔组合或者微米级和纳米级混合多孔组合），对其进行优化设计和合理布局。

本发明提供的一种微纳多孔节流静压气浮圆柱轴承具有很多优点，微纳多孔直径大小为微米级和纳米级，不同直径大小的多孔可以自由组合，然后优化设计进行合理布局。这样可以克服多孔介质易堵塞的问题，气流更均匀和更稳定。因此，能够显著改善气浮圆柱轴承动力学特性，并实现气浮圆柱轴承的更高稳定性，适用于微/纳机电系统、纳米加工与制造技术等超精密制造领域。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术手段实现的： 提供了一种微纳多孔节流静压气浮圆柱轴承，包括气浮圆柱轴承本体、微纳多孔节流器和圆柱状支承部件，其中：气浮圆柱轴承本体开设有气体通道，高压气体由进气口进入气体通道，先后流经气体通道、气腔、微纳多孔，扩散至气浮圆柱轴承本体内表面和圆柱状支承部件侧面之间的间隙，最终排放至大气环境，构成了静压气体润滑支承，实现被支承物体的悬浮。

所述的微纳多孔节流器的微纳多孔直径大小为微米级和纳米级尺度，微纳多孔数目在几十到几百万之间，不同直径大小的多孔可以根据设计自由组合（微米级多孔组合、纳米级多孔组合或者微米级和纳米级混合多孔组合），然后通过优化进行合理布局（包括均匀分布和非均匀分布）。