АЭРОСТАТИЧЕСКАЯ ЛИНЕЙНАЯ ОПОРА

Полезная модель относится к области приборостроения и может быть применена в устройствах, обеспечивающих точное позиционирование измерительного или обрабатывающего инструмента относительно объекта.
В патентной публикации RU 109244 U1, F16C 32/06, 10.10.2011 раскрыта аэростатическая линейная опора, включающая неподвижный и подвижный элементы, каждый из которых имеет по две расположенные под одинаковым углом опорные поверхности, причем оба элемента совмещены по указанным опорным поверхностям и имеют магнитную связь. К каждой опорной поверхности подвижного элемента подведены каналы пневматической системы, создающей давление воздуха между совмещенными опорными поверхностями с образованием аэростатического зазора. Использование аэростатической линейной опоры позволяет исключить трение между элементами конструкций, тем самым предотвратить их износ и повысить точность позиционирования инструмента. Данное решение выбрано в качестве прототипа полезной модели.
Очевидно, что стабильность положения подвижного элемента в направлении, перпендикулярном опорной поверхности, обеспечивается жесткостью соответствующего аэростатического зазора, которая, в свою очередь, находится в прямой зависимости от гидравлического сопротивления канала пневматической системы при одновременном выполнении следующих условий:
- наличие в зазоре достаточного для удержания подвижного элемента давления воздуха;
- равенство гидравлического сопротивления аэростатического зазора и канала пневматической системы.
Для повышения гидравлического сопротивления канал пневматической системы прототипа снабжен дроссельной вставкой, выполненной из пористого материала, в качестве которого используют, как правило, пористый графит или керамику с открытой пористостью. Однако, как будет показано ниже, выполнение дроссельной вставки из таких материалов не позволяет получить требуемую жесткость аэростатического зазора.
Задачей полезной модели является повышение жесткости аэростатического зазора аэростатической линейной опоры.
Для решения поставленной задачи предложена аэростатическая линейная опора, включающая неподвижный и подвижный элементы, каждый из которых имеет по две расположенные под одинаковым углом опорные поверхности, а оба элемента совмещены по опорным поверхностям. К каждой опорной поверхности подвижного элемента подведен, по меньшей мере, один канал пневматической системы, на конце которого расположена дроссельная вставка. Дроссельные вставки выполнены из металла методом порошковой металлургии с обеспечением открытой направленной пористости, а подвижный элемент, по меньшей мере, в области опорных поверхностей также выполнен методом порошковой металлургии из того же металла, но без образования открытых пор. По меньшей мере, финишная обработка каждой опорной поверхности подвижного элемента и рабочей поверхности соответствующей дроссельной вставки осуществлена в едином технологическом цикле после установки дроссельной вставки.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, состоит в повышении гидравлического сопротивления аэростатического зазора.
Осуществление полезной модели будет пояснено ссылками на фигуры:
фиг.1 - аэростатическая линейная опора (принципиальная схема, поперечный разрез);
фиг.2 - область дроссельной вставки у известной аэростатической линейной опоры (фрагмент А, поперечный разрез);
фиг.3 - область дроссельной вставки у предложенной аэростатической линейной опоры (фрагмент А, поперечный разрез).
Аэростатическая линейная опора включает подвижный элемент 1, снабженный магнитами 2, и неподвижный элемент 3, снабженный магниточувствительными вставками 4, и, таким образом, подвижный элемент удерживается на неподвижном элементе посредством магнитной связи. Подвижный элемент имеет две расположенные предпочтительно под прямым углом опорные поверхности 5, причем к каждой опорной поверхности подведен, по меньшей мере, один канал 6 пневматической системы. Опорные поверхности 7 неподвижного элемента расположены под таким же углом, что и опорные поверхности подвижного элемента, и совмещены с ними.
Давлением воздуха, истекающего из каналов пневматической системы, между опорными поверхностями подвижного и неподвижного элементов образуется аэростатический зазор 8, который создает так называемую «воздушную смазку» и обеспечивает возможность бесконтактного перемещения подвижного элемента.
С целью повышения гидравлического сопротивления каналов пневматической системы на их концах со стороны опорных поверхностей установлены дроссельные вставки 9, которые в прототипе выполнены из пористого графита или пористой керамики. Вследствие того, что полное соответствие дроссельной вставки и углубления под нее технически недостижимо, а также учитывая, что выступ дроссельной вставки в аэростатический зазор недопустим, дроссельные вставки известной аэростатической линейной опоры выполняют заведомо меньшего размера, чем углубления под них. Рабочие поверхности 10 дроссельных вставок оказываются смещенными от опорных поверхностей в сторону углублений, и, таким образом, как показано на фиг.2, в подвижном элементе образуется дополнительный объем 11.
При приложении к подвижному элементу внешнего усилия F давление в дополнительном объеме будет нарастать медленнее, чем давление в аэростатическом зазоре, а значит, воздух из аэростатического зазора будет перетекать как наружу, так и в дополнительный объем (показано стрелками). Следовательно, наличие дополнительного объема существенно снижает гидравлическое сопротивление, а значит, и жесткость аэростатического зазора.
Необходимо отметить, что обработка опорной поверхности прототипа после установки дроссельной вставки заодно с ней не позволяет избавиться от дополнительного объема. Твердость дроссельной вставки при выполнении ее из пористого графита существенно меньше твердости металла, из которого выполнен подвижный элемент. В результате совместной обработки происходит более интенсивный съем материала из дроссельной вставки, приводящий к смещению рабочей поверхности и образованию дополнительного объема. Если же твердость материала дроссельной вставки больше твердости металла, например, при использовании керамики, то более интенсивный съем материала происходит на стороне опорной поверхности, и дроссельная вставка начинает выступать из нее. В таком варианте аэростатический зазор увеличивается по существу на всей площади опорной поверхности, а его гидравлическое сопротивление, соответственно снижается.
В предложенной аэростатической линейной опоре дроссельные вставки выполнены из металла методом порошковой металлургии с обеспечением открытой направленной пористости. В общем случае производство деталей методом порошковой металлургии реализуется путем формования металлического порошка с последующим его спеканием при температуре ниже температуры плавления данного металла. При одновременной подаче воздуха под соответствующим давлением образуются открытые направленные поры, обеспечивающие воздухопроницаемость детали.
В свою очередь, подвижный элемент, по меньшей мере, в области опорных поверхностей 12 также выполнен методом порошковой металлургии из того же металла, но без образования открытых пор. Поскольку в этом случае дроссельные вставки и подвижный элемент выполнены по существу из одного и того же материала, то их совместная обработка не приводит к смещению рабочей поверхности дроссельной вставки с образованием дополнительного объема или выступа из опорной поверхности. Таким образом, по меньшей мере, финишная обработка, например - шлифование, каждой опорной поверхности подвижного элемента и рабочей поверхности соответствующей дроссельной вставки осуществлена после установки дроссельной вставки и притом в едином технологическом цикле, т.е. без смены инструмента, режима работы оборудования или взаимного расположения обрабатываемых элементов.
Как показано на фиг.3, при приложении к подвижному элементу предложенной аэростатической линейной опоры внешнего усилия F воздух в отсутствие дополнительного объема имеет возможность выходить из аэростатического зазора только наружу. Гидравлическое сопротивление такого аэростатического зазора существенно выше, чем в прототипе, а значит, давление достигает достаточного для создания уравновешивающей силы уровня при меньшем изменении объема, т.е. при меньшем вертикальном смещении подвижного элемента. Другими словами, предложенная аэростатическая линейная опора характеризуется повышенной жесткостью аэростатического зазора в сравнении с прототипом.