专利名称：一种单(双)翼式气/液两相复合回转基准方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明属于精密回转基准技术领域，特别涉及一种单(双)翼式气/ 液两相复合回转基准方法与装置。
背景技术：
回转基准是精密/超精密测量仪器、试验装备与制造装备中的核心技术 单元之一。气浮轴系由于具有回转运动精度高、位移灵敏度高以及摩擦损 耗极小等优点，作为高精度回转基准已越来越多的应用于上述设备中。
目前常用的气浮轴系结构主要由气浮主轴和气浮轴套两部分组成，当 在轴向和径向构建气膜间隙以形成气体支承和润滑后，气浮主轴带动负载 在气浮轴套内作回转运动。随着对回转基准使用要求越来越高，该类结构
的气浮轴系在实际应用中存在的突出问题表现在由于系统内中、高频微 振动分量的存在，破坏了气浮主轴及其负载组成的运动系统的动态特性和 静态特性，使得回转体的运动稳定性、重复性和定位可靠性较差，表现在 气浮主轴的轴向和径向运动轨迹平滑性差，在定位状态下存在着漂移和微: 抖动现象，其主要原因为气浮轴系构成的回转体的阻尼极小。
为抑制气浮轴系内中、高频微振动分量的产生，提高回转基准运动稳 定性、重复性及定位可靠性，众多学者和工程技术人员做了很多有益尝试。
专利200710098789.9 "—种空气轴^c" ^是出了 一种在空气轴^c的中部 区域设计一个由上腔室和下腔室及阻尼孔组成的类似空气弹簧双腔室的结 构，当空气轴承发生上、下振动时，中部的压力空气经过阻尼孔在两个腔 室中往复运动，产生与空气弹簧一样的能量耗散机制,从而提升空气轴承 的阻尼能力。该方法是一种间接阻尼，仍利用气体的可压缩性构建阻尼效 应，因此存在着较大的时间常数和过渡过程，对回转体振动的抑制作用不 明显。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的问题，提出了将气体润滑 回转技术与液体阻尼技术复合使用的单(双)翼式气/液两相复合回转基准
方法，即利用气体润滑确保回转精度，同时在气浮主轴的上端、或下端，
或在上、下两端同时i殳置液体阻尼系统，并通过优化设计的方法，达到显 著减小或消除中、高频微振动分量，提高回转基准的运动稳定性、重复性 及定位可靠性的目的。本发明还提供了一种基于上述方法的单(双)翼式 气/液两相复合回转基准装置。
上述目的通过以下的技术方案实现
一种单(双)翼式气/液两相复合回转基准方法，该方法将气体润滑回 转技术与液体阻尼技术复合使用，利用气体润滑技术误差平均效应显著的 优势，确保回转基准的回转精度；同时利用粘滞液体对回转体振动分量的 阻尼或能量吸收效应显著的特点，抑制回转体中、高频微振的产生，提高 回转基准的运动稳定性、重复性和定位可靠性；并通过系统优化设计，使 复合回转基准同时兼有很高的回转精度、运动稳定性、重复性和定位可靠 性。
一种基于上述方法的单(双)翼式气/液两相复合回转基准装置，包括 由气浮主轴和气浮轴套构成的气浮轴系，气浮主轴在气浮轴套内作回转运 动，由该部分装置保证回转运动精度；该装置在气浮主轴的上端、或下端、 或上、下两端同时配装有粘滞系数适当的液体阻尼系统，该液体阻尼系统 由阻尼片组及与其相配合使用的液体槽构成，其中液体槽固定在基座上， 阻尼片组浸入在液体槽内，通过连杆和过渡部件安装在气浮主轴的上端、 或下端、或上、下两端部，并与气浮主轴固连为一体，随气浮主轴同步回 转；阻尼液体的粘度根据回转体的转动惯量及微振动特性进行合理设计， 该部分装置通过阻尼液对阻尼振动能量的吸收和对回转体径向与轴向微振 动的抑制作用，显著减小或消除回转运动的中、高频振动分量。
液体槽为中空的圆筒形或对称回转体形；阻尼片组呈环形均布配置在
液体槽内。
本发明方法具有以下特点及有益效果
本发明将气体润滑技术与液体阻尼技术这两个原本相互独立的技术有
机的复合为一体，并使其功能与结构相融合，利用气体润滑误差平均效应
显著的优势，能够确保复合回转基准具有很高的回转精度；且因气体润滑 具有极小的摩擦，能够确保复合回准基准同时具有很高的位移灵敏度；同 时利用粘滞液体对回转体振动分量的阻尼或能量吸收效应显著的特点，抑 制回转体中、高频微振的产生，提高回转基准的运动稳定性、重复性和定 位可靠性；可建立一种同时兼有很高的回转精度、运动稳定性、重复性和 定位可靠性的回转基准。
采用上述技术后，本发明装置具有如下显著特点
1、 气/液两相复合回转基准同时兼有气体润滑和液体阻尼二者的优势， 克服了现有气浮轴系作为高精度回转基准时存在的中、高频轴向窜动和径 向振动，显著提高了回转精度，这是区别于现有技术的创新点之一；
2、 气/液两相复合回转基准显著增大了回转体的阻尼作用，提高了运 动轨迹的平滑性，克服了现有气浮轴系作为回转基准时存在的单周运动稳 定性和多周运动轨迹重复性差的缺陷，解决了长期以来无法对气浮轴系进 行误差分离的难题，这是区别于现有技术的创新点之二 ；
3 、气/液两相复合回转基准弥补了现有气浮气浮轴系作为回转基准时 存在的静态特性差的不足，克服了定位过程中出现的漂移和抖动现象，显 著提高了回转基准的定位可靠性，这是区别于现有技术的创新点之三。
本发明所建立的回转基准装置用途广泛，尤其适用于津f密/超精密测量 仪器、试验装备与制造装备。
图1为配置"工"字形气浮主轴的单(双)翼式气/液两相复合回转基 准装置结构示意图2为图1中阻尼片组在液体槽中的结构布置示意图3为阻尼片组上、下移动时阻尼液体流动示意图4为"T"字形气浮主轴上端设置液体阻尼结构示意图5为"T"字形气浮主轴下端设置液体阻尼结构示意图。
图中1、气浮主轴；2、过渡部件；3、阻尼片组；4、液体槽；5、气浮轴套；6、连杆；7、基座；W、负载。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的方法与装置实施例作详细说明。 实施例1:
如图l所示，为配置"工"字形气浮主轴的气/液两相复合回转基准装 置结构配置图，气浮轴套5固定于仪器基座7等稳固的基体上，气浮主轴 1与气浮轴套5组成气浮轴系的基本结构，在气浮主轴1与气浮轴套5之 间构建轴向和径向气膜间隙，当在气膜间隙内充满压力气体后，形成气体 支承与润滑，气浮主轴1可带动负载W在气浮轴套5内回转运动。利用气 体的自润滑特性，使回转运动具有极小的摩擦，可保证回转运动具有高的 位移灵敏度；利用气膜的平均效应，可保证高的回转运动精度。
为克服运动系统轴向和径向上中、高频微振动，在气浮主轴1的上端 和下端同时设置液体阻尼系统，设置于上端的液体阻尼系统主要由阻尼片 组3及与其相配合的液体槽4构成，其中，液体槽4设计为中空的圆筒形， 液体槽4中充入指定粘滞系数的阻尼液体，并固定于基座7上；阻尼片组 3浸入在液体槽4内，通过连杆6和过渡部件2安装在气浮主轴1的上端 部，并与气浮主轴1固连为一体，且随气浮主轴1在气浮轴套5内同步回 转运动。根据三点确定一个平面的原理，为了保证气浮主轴1运动的平稳 性，阻尼片组3在液体槽4内沿圆周方向以120°间隔均匀分布设置，分 布示意图如图2所示；同理，在气浮主轴1的下端部配置同样的液体阻尼 系统，包括过渡部件2、连杆6、阻尼片组3和液体槽4，与气浮主轴l上 端的液体阻尼系统共同作用形成双翼式阻尼结构。
气/液两相复合回转基准工作原理及工作过程为在驱动系统的作用 下，气浮主轴1带动负载W在气浮轴套'5内回转运动，与气浮主轴1固连 的阻尼片组3同步回转，当气浮主轴1等回转体发生微振动时，气浮主轴 1在轴向和径向上偏离原来的平銜二位置，如气浮主轴1在气浮轴套5内上、 下振动时，将带动阻尼片组3在液体槽4内同步上、下移动，阻尼液体反 复在阻尼片组3与液体槽4内壁形成的狭缝中上、下流动，因阻尼片组3
与阻尼液体间的摩擦和液体分子间的内摩擦对振动形成阻尼力，使振动能
量转化为液体热能，再由液体4吸收散发到大气中，并且阻尼力随振动的 运动速度和幅度跟随增减，进而可有效抑制微振动的振动频率和振动幅度； 同样，依此原理，对于径向振动，液体阻尼系统亦能进行显著的抑制或衰 减。
为保证气浮主轴1的使用精度，气浮主轴1和气浮轴套5制造材料的 选择十分重要，选择材料时主要应考虑材料稳定性、防腐性、热膨胀、机 械加工性能以及高的耐磨性，因此本装置选择经过自然界上万年老化沉积、 应力释放完全的"济南青"花岗岩，也可采用特殊合金或陶瓷材料制作， 以获得极佳的几何稳定性。此外气浮主轴1和气浮轴套5的相互配合工作 面均通过超精研磨工艺使气浮工作面达到深亚微米级形状精度和位置精 度，同时达到十几纳米级表面粗糙度，使表面具有极高的气体平均效应和 抗腐蚀性。另外，对于阻尼液体的选择，可使用阻尼器中常用的硅油，因 其具有非常宽的粘度范围，可很好的满足回转基准中对阻尼粘滞系数的不 同需求。
实施例2:
图4为"T"字形气浮主轴上端设置液体阻尼系统结构配置图，其工作 原理及产生的阻尼效果同实施例1类似。 实施例3:
图5为"T"字形气浮主轴下端设置液体阻尼系统结构配置图，其工作 原理及产生的阻尼效果同实施例1类似。
权利要求
1、一种单(双)翼式气/液两相复合回转基准方法，其特征在于该方法将气体润滑回转技术与液体阻尼技术复合使用，利用气体润滑技术误差平均效应显著的优势，确保回转基准的回转精度；同时利用粘滞液体对回转体振动分量的阻尼或能量吸收效应显著的特点，抑制回转体中、高频微振的产生，提高回转基准的运动稳定性、重复性和定位可靠性。
2、 一种单(双)翼式气/液两相复合回转基准装置，包括由气浮主轴(1) 和气浮轴套(5)构成的气浮轴系，其特征在于在气浮主轴(1)的上端、 或下端或上、下两端同时配装有粘滞系数适当的液体阻尼系统，该液体阻 尼系统由阻尼片组(3)及与其相配合使用的液体槽(4)构成，其中液体 槽(4)固定在基座(7)上，阻尼片组(3)浸入在液体槽(4)内，通过 连杆(6)和过渡部件(2)安装在气浮主轴(1)的上端、或下端、或上、 下两端部，并与气浮主轴(1)固连为一体。
3、 根据权利要求2所述的一种单(双)翼式气/液两相复合回转基准 装置，其特征在于液体槽(4)为中空的圆筒形或对称回转体形。
4、 根据权利要求2所述的一种单(双)翼式气/液两相复合回转基准 装置，其特征在于阻尼片组(3)呈环形均布配置在液体槽(4)内。
全文摘要
单(双)翼式气/液两相复合回转基准方法与装置属于精密回转基准技术领域；该方法将气体润滑回转技术与液体阻尼技术复合使用，利用气体润滑技术误差平均效应显著的优势，确保回转基准的回转精度；同时利用粘滞液体对回转体振动分量的阻尼或能量吸收效应显著的特点，抑制回转体中、高频微振的产生，提高回转基准的运动稳定性、重复性和定位可靠性；其装置在气浮主轴的上端、或下端或上、下两端同时配装有粘滞系数适当的液体阻尼系统；本发明可建立一种同时兼顾高回转精度、运动稳定性、重复性及定位可靠性的复合回转基准。
文档编号F16C32/06GK101338791SQ20081013690
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月13日 优先权日2008年8月13日
发明者杨文国, 谭久彬, 金国良, 黄景志 申请人:哈尔滨工业大学