專利名稱：提供恒定吊掛力的二維氣浮隨動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及氣浮裝置，尤其是一種提供恒定吊掛力的無摩擦二維運(yùn)動(dòng)的吊掛
直O(jiān)
背景技術(shù)：
對(duì)于與地面水平和垂直隨動(dòng)的二維吊掛裝置，現(xiàn)有技術(shù)通常采用在直線導(dǎo)軌的滑 塊上通過懸掛繩直接吊掛運(yùn)動(dòng)件實(shí)現(xiàn)水平方向運(yùn)動(dòng)，而通過收緊或放松懸掛繩實(shí)現(xiàn)垂直方 向的隨動(dòng)。但由于被測(cè)力或力矩值往往很小，而且為保證測(cè)量精度，必須盡可能不對(duì)機(jī)構(gòu)產(chǎn) 生附加作用力影響，直線導(dǎo)軌的摩擦力不能忽略不計(jì)。另一方面，空氣軸承作為氣懸浮技術(shù)在機(jī)械相對(duì)運(yùn)動(dòng)方面的一個(gè)成功應(yīng)用，其技 術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟?？諝廨S承又稱氣浮軸承，是一種軸承，它通過向軸腔內(nèi)注入壓縮氣體，氣 膜就像潤(rùn)滑劑一樣把相關(guān)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)表面分離，從而使套在軸承中的氣浮軸懸浮，其中氣 膜的厚度在1到10微米之間。相對(duì)普通軸承，除了非接觸無摩擦相對(duì)運(yùn)動(dòng)外，空氣軸承在 更高旋轉(zhuǎn)精度、高速、減少振動(dòng)、耐震強(qiáng)度高、延長(zhǎng)使用壽命、減少污染及增加軸向/徑向負(fù) 載能力等方面的優(yōu)越性，使其剛出現(xiàn)便很快發(fā)展并得到很廣的應(yīng)用。氣懸浮系統(tǒng)除了可應(yīng) 用在氣浮軸轉(zhuǎn)動(dòng)領(lǐng)域，由于其兩表面非接觸無摩擦的特性，亦可很好的應(yīng)用于氣浮軸軸向 移動(dòng)領(lǐng)域，例如在專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200710071515. O的“氣浮磁動(dòng)無摩擦懸吊裝置”公開了 一種將氣浮軸應(yīng)用在立式無摩擦運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的氣浮裝置，其中使用了兩個(gè)空氣軸承很好地實(shí) 現(xiàn)了在豎直方向上軸的無摩擦運(yùn)動(dòng)。氣浮導(dǎo)軌技術(shù)就是采用壓縮氣體產(chǎn)生氣膜，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌 和滑塊的無摩擦運(yùn)動(dòng)。氣浮導(dǎo)軌具有摩擦阻力小、運(yùn)動(dòng)精度高、清潔無污染等特點(diǎn)，近年來 在測(cè)量?jī)x器、精密機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。通過氣浮導(dǎo)軌替換普通的直線導(dǎo)軌是一種很好的方法。但是在具體實(shí)現(xiàn)過程中存 在以下幾方面的問題(1)、為保證氣浮套的承載力，氣浮套與氣浮軸之間的氣隙非常小(通常為1至10 微米)，因此氣浮軸的同軸度加工精度要求非常高。另一方面，由于受到運(yùn)動(dòng)件、氣浮軸、氣 浮套等的重力作用，對(duì)氣浮軸材料的彎曲剛度要求很高。隨著運(yùn)動(dòng)件移動(dòng)距離的增加，氣浮 軸的長(zhǎng)度增加，因?yàn)闅飧≥S是細(xì)長(zhǎng)桿件，要保證氣浮軸長(zhǎng)度全長(zhǎng)與氣浮套之間的間隙，加工 難度很大。因此，能應(yīng)用在超長(zhǎng)距離場(chǎng)合下氣浮軸幾乎無法加工。該方案可實(shí)現(xiàn)短距離的 無摩擦運(yùn)動(dòng)，對(duì)于長(zhǎng)距離甚至超長(zhǎng)距離的無摩擦運(yùn)動(dòng)幾乎無法實(shí)現(xiàn)。即使可加工超長(zhǎng)距離 高精度的氣浮軸，也能難運(yùn)輸與安裝，且很難維護(hù)，一旦氣浮軸出現(xiàn)問題必須全部更換。(2)、為保證氣浮，必須有一定壓力的壓縮氣體進(jìn)入氣浮軸與氣浮套之間從而產(chǎn)生 氣膜。接入方式有兩種，軸供氣或軸套供氣。對(duì)于軸向運(yùn)動(dòng)來說，通常采用軸套供氣，即壓 縮氣體通過氣管連接到氣浮套，氣浮套內(nèi)側(cè)氣孔排出氣體從而產(chǎn)生氣膜。這類方式連接方 便、耗氣量小。如果采用氣浮軸供氣，即壓縮氣體通過氣管接入氣浮軸，氣浮軸外側(cè)氣孔排 出氣體與氣浮套間產(chǎn)生氣膜。這種方式對(duì)于軸向運(yùn)動(dòng)來說，由于氣浮軸比氣浮套長(zhǎng)得多，必 須保證整個(gè)氣浮套運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)都有氣孔，因此氣體泄漏量大，隨著氣浮軸的長(zhǎng)度增加泄漏量十分巨大，導(dǎo)致實(shí)際工程應(yīng)用上無法實(shí)現(xiàn)。但不論采用哪種方式供氣，壓縮氣體都必須通 過氣管連接，當(dāng)氣浮軸或氣浮套做軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣管也需要做運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致氣管彎曲，因氣 管具有一定的剛度，這就可能會(huì)帶來附加力的影響。所產(chǎn)生的附加力必然會(huì)傳遞到運(yùn)動(dòng)件， 從而對(duì)運(yùn)動(dòng)件空間位置及運(yùn)動(dòng)造成影響。
發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的基于氣浮導(dǎo)軌的二維吊掛裝置的距離受限、受到氣管的附加力影 響、可靠性較低的不足，本實(shí)用新型提供一種可以延長(zhǎng)水平移動(dòng)距離、有效消除氣管的附加 力影響、可靠性較高的提供恒定吊掛力的二維氣浮隨動(dòng)裝置。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種提供恒定吊掛力的二維氣浮隨動(dòng)裝置，包括氣浮軸和氣浮套，所述氣浮套套 裝在所述氣浮軸上，所述氣浮套至少有兩個(gè)，所述氣浮套均與貯氣套密封連接，所述貯氣套 與氣浮軸之間為貯氣腔，所述氣浮軸的軸心開有進(jìn)氣通道，所述進(jìn)氣通道與壓縮氣體進(jìn)氣 管連接，所述進(jìn)氣通道與所述貯氣腔連通，所述貯氣腔設(shè)有出氣口，所述出氣口通過連接氣 管與各個(gè)氣浮套的進(jìn)氣口連通，所述氣浮裝置還包括滑塊和導(dǎo)軌，所述氣浮軸安裝在所述 滑塊上，所述滑塊可滑動(dòng)地安裝在導(dǎo)軌上；所述貯氣套與定滑輪座固定連接，所述定滑輪座 與氣浮滑輪組件固定連接，所述氣浮滑輪組件的氣浮滑輪的軸心開有進(jìn)氣孔，所述進(jìn)氣孔 與所述連接氣管連通，所述氣浮滑輪上套裝懸掛繩，運(yùn)動(dòng)件吊掛在所述懸掛繩上。所述氣浮滑輪組件包括第一定滑輪、第二定滑輪、附加定滑輪、動(dòng)滑輪、懸掛繩和 減重砝碼，所述第一定滑輪和第二定滑輪安裝在所述定滑輪座上，所述動(dòng)滑輪安裝在動(dòng)滑 輪座上，所述動(dòng)滑輪座吊裝所述運(yùn)動(dòng)件，懸掛繩的一端固定在固定框架上，并依次穿過第一 定滑輪、動(dòng)滑輪、第二定滑輪和附加定滑輪，所述懸掛繩的另一端連接減重砝碼，所述第一 定滑輪和第二定滑輪均為氣浮軸承滑輪，所述第一定滑輪和第二定滑輪軸心均開有進(jìn)氣 孔。所述附加定滑輪為氣浮軸承滑輪，所述附加定滑輪軸心均開有進(jìn)氣孔。所述動(dòng)滑輪為氣浮軸承滑輪，所述動(dòng)滑輪軸心均開有進(jìn)氣孔。動(dòng)滑輪在運(yùn)動(dòng)過程 中，氣管會(huì)跟隨運(yùn)動(dòng)，氣管彎曲會(huì)產(chǎn)生附加力影響。通過延長(zhǎng)氣管固定點(diǎn)與動(dòng)滑輪間的長(zhǎng)度 可以減少氣管擾動(dòng)影響。所述二維氣浮隨動(dòng)裝置還包括用于檢測(cè)氣浮套水平運(yùn)動(dòng)靠近氣浮軸安裝座的位 置傳感器，所述位置傳感器安裝在氣浮軸安裝座與氣浮套之間；所述位置傳感器為霍爾傳感器和永磁鐵，所述霍爾傳感器安裝在所述氣浮軸安裝 座上，所述永磁鐵安裝在氣浮套靠近氣浮軸安裝座的外側(cè)。當(dāng)然，也可以采用諸如光電傳感 器、光柵編碼器之類的其他位置傳感器或其它非接觸式接近開關(guān)。本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在可以延長(zhǎng)水平移動(dòng)距離、有效消除氣管的附 加力影響、可靠性較高，除動(dòng)滑輪外，整個(gè)隨動(dòng)過程無附加力、無摩擦。

圖1是隨動(dòng)機(jī)構(gòu)無阻尼送氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是提供恒定吊掛力的二維氣浮隨動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述。參照?qǐng)D1和圖2，一種不受氣管擾動(dòng)影響的二維氣浮隨動(dòng)裝置，包括氣浮軸1和氣 浮套2，所述氣浮套2套裝在所述氣浮軸1上，所述氣浮套2至少有兩個(gè)，所述氣浮套2均與 貯氣套3密封連接，所述貯氣套3與氣浮軸1之間為貯氣腔，所述氣浮軸1的軸心開有進(jìn)氣 通道4，所述進(jìn)氣通道4與壓縮氣體進(jìn)氣管連接，所述進(jìn)氣通道4與所述貯氣腔連通，所述 貯氣腔設(shè)有出氣口，所述出氣口通過連接氣管與各個(gè)氣浮套的進(jìn)氣口連通，所述氣浮裝置 還包括滑塊5和導(dǎo)軌6，所述氣浮軸1安裝在所述滑塊5上，所述滑塊5可滑動(dòng)地安裝在導(dǎo) 軌6上，所述貯氣套3與定滑輪座7固定連接，所述定滑輪座7與氣浮滑輪組件固定連接， 所述氣浮滑輪組件的氣浮滑輪的軸心開有進(jìn)氣孔，所述進(jìn)氣孔與所述連接氣管連通，所述 氣浮滑輪上套裝懸掛繩，運(yùn)動(dòng)件吊掛在所述懸掛繩上。所述氣浮滑輪組件包括第一定滑輪8、第二定滑輪9、附加定滑輪10、動(dòng)滑輪11、懸 掛繩12和減重砝碼13，所述第一定滑輪8和第二定滑輪9安裝在所述定滑輪座7上，所述 動(dòng)滑輪11安裝在動(dòng)滑輪座16上，所述動(dòng)滑輪座16吊裝所述運(yùn)動(dòng)件，懸掛繩12的一端固定 在固定框架上，并依次穿過第一定滑輪8、動(dòng)滑輪11、第二定滑輪9和附加定滑輪10，所述懸 掛繩12的另一端連接減重砝碼13，所述第一定滑輪8和第二定滑輪9均為氣浮軸承滑輪， 所述第一定滑輪8和第二定滑輪9的軸心均開有進(jìn)氣孔。所述附加定滑輪10為氣浮軸承滑輪，所述附加定滑輪10的軸心開有進(jìn)氣孔。所 述動(dòng)滑輪11為氣浮軸承滑輪，所述動(dòng)滑輪軸心均開有進(jìn)氣孔。動(dòng)滑輪在運(yùn)動(dòng)過程中，氣管 會(huì)跟隨運(yùn)動(dòng)，氣管彎曲會(huì)產(chǎn)生附加力影響。通過延長(zhǎng)氣管固定點(diǎn)與動(dòng)滑輪間的長(zhǎng)度可以減 少氣管擾動(dòng)影響。所述二維氣浮隨動(dòng)裝置還包括用于檢測(cè)氣浮套水平運(yùn)動(dòng)靠近氣浮軸安裝座的位 置傳感器14，所述位置傳感器安裝在氣浮軸安裝座與氣浮套之間；所述位置傳感器14為霍爾傳感器和永磁鐵，所述霍爾傳感器安裝在所述氣浮軸 安裝座上，所述永磁鐵安裝在氣浮套靠近氣浮軸安裝座的外側(cè)。當(dāng)然，也可以采用諸如光電 傳感器、光柵編碼器之類的其他位置傳感器或其它非接觸式接近開關(guān)。本實(shí)施例的X方向機(jī)構(gòu)由滑塊和導(dǎo)軌組成，其功能是保證滑塊水平移動(dòng)?；瑝K上 安裝氣浮軸安裝座，氣浮軸上安裝有由貯氣套、氣浮套等組成的隨動(dòng)系統(tǒng)，分別實(shí)現(xiàn)X方向 的隨動(dòng)。隨動(dòng)系統(tǒng)送氣機(jī)構(gòu)采用圖1所示結(jié)構(gòu)，使氣管與移動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)位置保持固 定，解決隨動(dòng)過程中可能產(chǎn)生的氣管阻力的問題。Z方向機(jī)構(gòu)為減重平衡懸掛系統(tǒng)，由兩個(gè)固定在貯氣套上的定滑輪、一個(gè)固定在橫 梁端部的定滑輪、安裝在動(dòng)滑輪座上的一個(gè)動(dòng)滑輪、懸掛繩、配重砝碼及固定在動(dòng)滑輪座上 的運(yùn)動(dòng)件懸掛繩組成。其功能是保證恒定的吊掛力的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)Z軸隨動(dòng)，同時(shí)平衡鋼絲 繩的外加側(cè)向力。二維運(yùn)動(dòng)吊掛系統(tǒng)工作原理如下根據(jù)所需減重量調(diào)整配重砝碼重量。當(dāng)運(yùn)動(dòng) 件運(yùn)動(dòng)時(shí)，如向右運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)動(dòng)滑輪座向右運(yùn)動(dòng)，從而通過懸掛繩帶動(dòng)氣浮軸安裝座向右運(yùn) 動(dòng)，右邊的傳感器接受到信號(hào)，發(fā)給控制系統(tǒng)，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過牽引繩15帶 動(dòng)滑塊向右運(yùn)動(dòng)，從而懸掛點(diǎn)始終在滑塊中心位置附近。如圖2所示。
5[0027]懸掛繩12 —端固定在固定框架上，依次繞過定滑輪、動(dòng)滑輪、定滑輪、固定在框架 上的定滑輪后，另一端連接減重砝碼。為了減小摩擦力，定滑輪與滑輪軸間用氣浮軸承連 接。氣浮軸軸心加工進(jìn)氣管，將壓縮氣體送入貯氣套。貯氣套外壁上用氣管將壓縮氣 體分別送入左右端的氣浮套，以及送入X方向隨動(dòng)機(jī)構(gòu)的氣浮軸。氣浮軸安裝座安裝在主動(dòng)移動(dòng)的滑塊上。為保證運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)時(shí)，吊點(diǎn)能在機(jī)構(gòu)運(yùn) 動(dòng)方向?qū)崿F(xiàn)隨動(dòng)，需要吊點(diǎn)機(jī)構(gòu)能無摩擦運(yùn)動(dòng)。吊點(diǎn)系統(tǒng)中軸與氣浮套的方式滿足該要求。為保證懸掛繩與定滑輪之間的摩擦力足夠小，定滑輪嵌套在安裝板中，安裝板兩 側(cè)面與氣浮軸固定連接，且定滑輪亦采用氣浮軸承支承，使用技術(shù)與上述氣浮套通用。氣管集束后與滑塊連接。即氣管與氣浮套和定滑輪空氣軸承的相對(duì)位置固定不 變，氣管隨動(dòng)所需的力由拉動(dòng)滑塊主動(dòng)移動(dòng)的電機(jī)提供，保證吊點(diǎn)系統(tǒng)跟隨運(yùn)動(dòng)件移動(dòng)過 程中，不會(huì)由于氣管產(chǎn)生附加力。
權(quán)利要求一種提供恒定吊掛力的二維氣浮隨動(dòng)裝置，包括氣浮軸和氣浮套，所述氣浮套套裝在所述氣浮軸上，其特征在于所述氣浮套至少有兩個(gè)，所述氣浮套均與貯氣套密封連接，所述貯氣套與氣浮軸之間為貯氣腔，所述氣浮軸的軸心開有進(jìn)氣通道，所述進(jìn)氣通道與壓縮氣體進(jìn)氣管連接，所述進(jìn)氣通道與所述貯氣腔連通，所述貯氣腔設(shè)有出氣口，所述出氣口通過連接氣管與各個(gè)氣浮套的進(jìn)氣口連通，所述氣浮裝置還包括滑塊和導(dǎo)軌，所述氣浮軸安裝在所述滑塊上，所述滑塊可滑動(dòng)地安裝在導(dǎo)軌上；所述貯氣套與定滑輪座固定連接，所述定滑輪座與氣浮滑輪組件固定連接，所述氣浮滑輪組件的氣浮滑輪的軸心開有進(jìn)氣孔，所述進(jìn)氣孔與所述連接氣管連通，所述氣浮滑輪上套裝懸掛繩，運(yùn)動(dòng)件吊掛在所述懸掛繩上。
2.如權(quán)利要求1所述的提供恒定吊掛力的二維氣浮隨動(dòng)裝置，其特征在于所述氣浮 滑輪組件包括第一定滑輪、第二定滑輪、附加定滑輪、動(dòng)滑輪、懸掛繩和減重砝碼，所述第一 定滑輪和第二定滑輪安裝在所述定滑輪座上，所述動(dòng)滑輪安裝在動(dòng)滑輪座上，所述動(dòng)滑輪 座吊裝所述運(yùn)動(dòng)件，懸掛繩的一端固定在固定框架上，并依次穿過第一定滑輪、動(dòng)滑輪、第 二定滑輪和附加定滑輪，所述懸掛繩的另一端連接減重砝碼，所述第一定滑輪和第二定滑 輪均為氣浮軸承滑輪，所述第一定滑輪和第二定滑輪軸心均開有進(jìn)氣孔。
3.如權(quán)利要求2所述的提供恒定吊掛力的二維氣浮隨動(dòng)裝置，其特征在于所述附加 定滑輪為氣浮軸承滑輪，所述附加定滑輪軸心均開有進(jìn)氣孔。
4.如權(quán)利要求2所述的提供恒定吊掛力的二維氣浮隨動(dòng)裝置，其特征在于所述動(dòng)滑 輪為氣浮軸承滑輪，所述動(dòng)滑輪軸心均開有進(jìn)氣孔。
5.如權(quán)利要求1 4之一所述的提供恒定吊掛力的二維氣浮隨動(dòng)裝置，其特征在于 所述二維氣浮隨動(dòng)裝置還包括用于檢測(cè)氣浮套水平運(yùn)動(dòng)靠近氣浮軸安裝座的位置傳感器， 所述位置傳感器安裝在氣浮軸安裝座與氣浮套之間。
6.如權(quán)利要求5所述的提供恒定吊掛力的二維氣浮隨動(dòng)裝置，其特征在于所述位置 傳感器為霍爾傳感器和永磁鐵，所述霍爾傳感器安裝在所述氣浮軸安裝座上，所述永磁鐵 安裝在氣浮套靠近氣浮軸安裝座的外側(cè)。
專利摘要一種提供恒定吊掛力的二維氣浮隨動(dòng)裝置，包括氣浮軸和氣浮套，氣浮套套裝在氣浮軸上，氣浮套至少有兩個(gè)，氣浮套均與貯氣套密封連接，貯氣套與氣浮軸之間為貯氣腔，氣浮軸的軸心開有進(jìn)氣通道，進(jìn)氣通道與壓縮氣體進(jìn)氣管連接，進(jìn)氣通道與貯氣腔連通，貯氣腔設(shè)有出氣口，出氣口通過連接氣管與各個(gè)氣浮套的進(jìn)氣口連通，氣浮裝置還包括滑塊和導(dǎo)軌，氣浮軸安裝在滑塊上，滑塊可滑動(dòng)地安裝在導(dǎo)軌上；貯氣套與連接板固定連接，連接板與氣浮滑輪組件固定連接，氣浮滑輪組件的氣浮滑輪的軸心開有進(jìn)氣孔，進(jìn)氣孔與連接氣管連通，氣浮滑輪上套裝懸掛繩，運(yùn)動(dòng)件吊掛在懸掛繩上。本實(shí)用新型可以延長(zhǎng)水平移動(dòng)距離、有效消除氣管的附加力影響、可靠性較高。
文檔編號(hào)G01L3/00GK201731965SQ20102018326
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者單曉杭, 孫建輝 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)