專利名稱：分體式并行微通道徑向氣體靜壓節(jié)流器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于氣體靜壓潤滑領域，涉及一種分體式并行微通道徑向氣體靜壓節(jié)流
O
背景技術(shù)：
在超精密加工及超精密檢測技術(shù)領域，無論是精密加工機械，還是測量儀器，都對 其機械部分提出了高精度、高速度、高運動分辨率、熱穩(wěn)定性好、低振動、爬行小、少污染以 及降低設備成本等方面的苛刻要求。人們在實踐中發(fā)現(xiàn)，氣體靜壓軸承正是解決上述苛刻 要求的重要途徑。由于氣體本身具有可壓縮性，對提高氣體潤滑的剛度帶來很大的困難。提 高氣體靜壓軸承的剛度是氣體靜壓軸承研究領域的難點和熱點之一，屬于前沿問題。微電 子設備、超精密機床和儀器技術(shù)屬于國際商業(yè)競爭的核心技術(shù)，也屬于發(fā)達國家嚴密封鎖 的技術(shù)，無法通過引進的方式解決，因此，我國若想在超精密設備方面處于領先地位，就必 須解決氣體靜壓技術(shù)中如何使剛度與穩(wěn)定性同時達到較高水平的問題，研究如何同時提高 氣膜的剛度和穩(wěn)定性，尋找兩者之間的平衡點，必須走自主研發(fā)的道路。通過目前的理論和實驗研究我們可以知道，氣體靜壓技術(shù)的主要缺點即承載能力 低、剛度小及穩(wěn)定性差。盡管有很多學者對此做了研究，但此問題尚未得到很好的解決，主 要障礙表現(xiàn)在難以同時滿足系統(tǒng)的超穩(wěn)定和高剛度的要求。事實上，氣體靜壓系統(tǒng)中剛度 與穩(wěn)定性是一對矛盾。通常，當要求精度高時以犧牲剛度為代價，而要求剛度高時以犧牲精 度為代價，目前的技術(shù)還難以兼顧二者。因此，對氣體靜壓系統(tǒng)進行的剛度和穩(wěn)定性研究， 已是當務之急，而且是關系到氣體靜壓技術(shù)的進步與實用化的重大課題。當前的緊迫任務 就是研究如何同時提高氣膜的剛度和穩(wěn)定性，尋找兩者之間的平衡點。在對氣體靜壓技術(shù) 的基礎理論進行研究時，節(jié)流器微流場流型的研究是核心問題。傳統(tǒng)的節(jié)流器采用小孔節(jié) 流原理時，氣源壓力會造成節(jié)流孔出口處的流速過高，形成的射流在潤滑氣膜中產(chǎn)生湍流 和微旋渦，成為主要振源。采用多孔質(zhì)節(jié)流原理時因微孔材料的自然狀態(tài)而使氣流從微孔 中流出的方向存在隨機性，也會產(chǎn)生局部微小的湍流。此外，微孔墊片的制造及安裝也不可 避免地會造成納米尺度的振動。以上均難以同時滿足系統(tǒng)的超穩(wěn)定和高剛度的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服傳統(tǒng)氣體靜壓徑向節(jié)流器造成的氣膜振動大、剛度低等問題，本發(fā)明的 目的在于提供一種分體式并行微通道徑向氣體靜壓節(jié)流器。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明由節(jié)流器主體和配合塞構(gòu)成。節(jié)流器主體呈長方體狀，其上表面為凹曲面， 該上表面開有多道出氣槽，節(jié)流器主體一對側(cè)面上開有貫穿節(jié)流器主體的進氣孔；另一對 側(cè)面上開有裝配孔；配合塞位于節(jié)流器主體內(nèi)，其縱截面呈Y字型，配合塞的上表面為與節(jié)流器主體 上表面曲率相同的凹曲面，該上表面的中心位置開有節(jié)流孔，節(jié)流孔四周的曲面曲率大于凹曲面的曲率；配合塞的四周側(cè)壁上均開有微通道；配合塞的底面與節(jié)流器主體之間設置 有用于定位的凸臺；節(jié)流器主體上表面的出氣槽的中軸線均垂直于該出氣槽所在面的邊沿，出氣槽與 配合塞四周側(cè)壁上對應的微通道連通；配合塞與節(jié)流器主體上的裝配孔相對應處開有用于 緊固的螺紋孔；從節(jié)流器主體進氣孔進入的氣體一部分從節(jié)流孔射出，另一部分沿微通道、出氣 槽射出至周圍大氣，沿節(jié)流器主體長邊兩側(cè)的微通道與水平面所形成的夾角α為銳角。所述的配合塞凹曲面中心的節(jié)流孔，其直徑為0. 05 0. 2mm。所述的微通道的寬度為0. 5 2_，深度為0. 05 0. 2_。本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明由于采用多個并行微通道進行節(jié)流，可以保證 穩(wěn)定的氣體微流場，進而有效減小氣膜振動、提高靜壓系統(tǒng)的剛度和穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)徑向型 節(jié)流器相比，該由本發(fā)明所形成的靜壓系統(tǒng)氣膜具有較大的剛度和較高的穩(wěn)定性。


圖1是并行微通道氣體靜壓節(jié)流器主視圖；圖2是并行微通道氣體靜壓節(jié)流器左視圖；圖3是并行微通道氣體靜壓節(jié)流器俯視圖；圖4是節(jié)流器主體圖；圖5是節(jié)流器配合塞圖；圖6是圖1中I處放大示意圖；圖7是圖3中II處放大示意圖；圖8是圖5中III處放大示意圖；圖中1、節(jié)流器主體；2、配合塞；3、出氣槽；4、進氣孔；5、裝配孔；6、節(jié)流孔；7、微 通道；8、凸臺；9、螺紋孔；10、第一凹曲面；11、第二凹曲面；12、曲面；13、隔柵；14、球窩； 15、燕尾槽。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步詳細描述。如圖1和圖2所示，分體式并行微通道徑向氣體靜壓節(jié)流器，由節(jié)流器主體1和配 合塞2構(gòu)成。節(jié)流器主體1呈長方體狀，其上表面為第一凹曲面10，該上表面開有多道出氣 槽3，節(jié)流器主體1 一對側(cè)面上開有貫穿節(jié)流器主體1的進氣孔4 ；另一對側(cè)面上開有裝配 孔5;如圖1、圖5和圖6所示，配合塞2位于節(jié)流器主體1內(nèi)，其縱截面呈Y字型，配合 塞2的上表面為與節(jié)流器主體1上表面曲率相同的第二凹曲面11，即第一凹曲面10與第二 凹曲面11曲率相同。配合塞2上表面的中心位置開有節(jié)流孔6，防止氣體倒流引起氣膜振動。節(jié)流孔6四周的曲面12曲率大于第一凹曲面10、第二凹曲面11的曲率，以保證氣 體由節(jié)流孔6射出后，在工作面間均勻地散開而形成氣膜，防止氣體射流產(chǎn)生氣膜湍動和 微漩渦，減小氣膜微振動。
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如圖2、圖5和圖8所示，配合塞2的四周側(cè)壁上均開有微通道7，配合塞2的底面 與節(jié)流器主體1之間設置有用于定位的凸臺8，便于工作前將節(jié)流器主體1與配合塞2安裝 成一體，有助于保證裝配孔5與螺紋孔9的同軸度。如圖2、圖3和圖7所示，節(jié)流器主體1上表面的出氣槽3的中軸線均垂直于該出 氣槽所在面的邊沿，出氣槽3與配合塞2四周側(cè)壁上對應的微通道7連通；在節(jié)流器主體1 開設花瓣型隔柵13將各出氣槽3分隔開，有助于使工作面壓強分布均勻。氣體依次通過微 通道7與出氣槽3，最終越過節(jié)流器主體1上表面的邊沿射入大氣。此過程不僅有效地降 低了出氣槽3的出口處以及節(jié)流器主體1上表面邊沿處的氣體流速，預防了射流產(chǎn)生的氣 體湍動和微漩渦，減小了氣膜的微尺度振動，而且實現(xiàn)了氣體出射時的多方向支承，保證了 氣膜潤滑的穩(wěn)定性，提高了氣膜的承載能力與剛度。配合塞2與節(jié)流器主體1上的裝配孔 5相對應處開有用于緊固的螺紋孔9 ；如圖4和圖5所示，從節(jié)流器主體進氣孔4進入的氣體一部分從節(jié)流孔6射出，另 一部分沿微通道7、出氣槽3射出至周圍大氣，沿節(jié)流器主體1長邊兩側(cè)的微通道7與水平 面所形成的夾角α為銳角。一定的出射角度α有利于氣體的平緩射出。沿節(jié)流器主體1 短邊兩側(cè)的微通道7為豎直微通道。配合塞2凹曲面中心的節(jié)流孔6，其直徑一般為0. 05 0. 2mm，本實施例中節(jié)流孔 的直徑為0. 1mm。配合塞2工作面上的每個微通道7的寬度為0. 5 2謹，深度為0. 05 0. 2謹。
工作前，螺釘依次通過裝配孔5與螺紋孔9，將節(jié)流器主體1與配合塞2連成一體。 將球頭螺栓的球頭部分頂入氣體靜壓節(jié)流器主體1下底面的球窩14中，再將錐形支架嵌入 燕尾槽15內(nèi)，保證球頭螺栓的中軸線垂直于節(jié)流器主體1的下底面，從而保證了氣體靜壓 節(jié)流器處于工作軸的徑向方向，完成氣體靜壓節(jié)流器的徑向支承功能。工作時，將壓力為0. 1 IMpa的氣體通過進氣孔4送入氣體靜壓節(jié)流器，氣體分 別通過配合塞2表面的微通道7及曲面12上的節(jié)流孔6噴射，在工作面間形成氣膜，使得 氣體節(jié)流器懸浮于其相應的工作面，達到氣膜潤滑作用，實現(xiàn)工作軸的氣浮運動。由于該種節(jié)流器使用多微通道節(jié)流，可以提高氣體流場的穩(wěn)定性及剛度，實現(xiàn)氣 膜流場的低湍動。
權(quán)利要求
分體式并行微通道徑向氣體靜壓節(jié)流器，其特征在于由節(jié)流器主體(1)和配合塞(2)構(gòu)成；節(jié)流器主體(1)呈長方體狀，其上表面為凹曲面，該上表面開有多道出氣槽(3)，節(jié)流器主體(1)一對側(cè)面上開有貫穿節(jié)流器主體(1)的進氣孔(4)；另一對側(cè)面上開有裝配孔(5)；配合塞(2)位于節(jié)流器主體(1)內(nèi)，其縱截面呈Y字型，配合塞(2)的上表面為與節(jié)流器主體(1)上表面曲率相同的凹曲面，該上表面的中心位置開有節(jié)流孔(6)，節(jié)流孔(6)四周的曲面曲率大于凹曲面的曲率；配合塞(2)的四周側(cè)壁上均開有微通道(7)；配合塞(2)的底面與節(jié)流器主體(1)之間設置有用于定位的凸臺(8)；節(jié)流器主體(1)上表面的出氣槽(3)的中軸線均垂直于該出氣槽所在面的邊沿，出氣槽(3)與配合塞(2)四周側(cè)壁上對應的微通道(7)連通；配合塞(2)與節(jié)流器主體(1)上的裝配孔(5)相對應處開有用于緊固的螺紋孔(9)；從節(jié)流器主體進氣孔(3)進入的氣體一部分從節(jié)流孔(6)射出，另一部分沿微通道(7)、出氣槽(3)射出至周圍大氣，沿節(jié)流器主體(1)長邊兩側(cè)的微通道(7)與水平面所形成的夾角α為銳角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式并行微通道徑向氣體靜壓節(jié)流器，其特征在于所述 的配合塞(2)凹曲面中心的節(jié)流孔(6)，其直徑為0. 05 0. 2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式并行微通道徑向氣體靜壓節(jié)流器，其特征在于所述 的微通道(7)的寬度為0. 5 2mm，深度為0. 05 0. 2mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分體式并行微通道徑向氣體靜壓節(jié)流器。傳統(tǒng)的節(jié)流器難以同時滿足系統(tǒng)的超穩(wěn)定和高剛度的要求。本發(fā)明節(jié)流器主體和配合塞構(gòu)成。節(jié)流器主體呈長方體狀，其上表面為凹曲面，該上表面開有多道出氣槽，節(jié)流器主體一對側(cè)面上開有貫穿節(jié)流器主體的進氣孔；另一對側(cè)面上開有裝配孔；配合塞位于節(jié)流器主體內(nèi)，其縱截面呈Y字型，配合塞的上表面為與節(jié)流器主體上表面曲率相同的凹曲面，該上表面的中心位置開有節(jié)流孔，節(jié)流孔四周的曲面曲率大于凹曲面的曲率；配合塞的四周側(cè)壁上均開有微通道；配合塞的底面與節(jié)流器主體之間設置有用于定位的凸臺。利用本發(fā)明所形成的靜壓系統(tǒng)氣膜具有較大的剛度和較高的穩(wěn)定性。
文檔編號F16C32/06GK101968077SQ20101050477
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者張雯, 李東升, 禹靜, 郭天太, 陳愛軍 申請人:中國計量學院