精密运动系统中的空气轴承特性之刚性特征

当今精密运动系统在精度、速度等方面的要求越来越高，静态指标的要求已经不再是考核运动系统的唯一标准，频率特性、振动误差、高加速度等指标成为考核一个精密运动系统的关键因素。

设计和制造一个动态特性和静态特性同样出色的精密运动系统，受到各方面因素的影响，而设计者面临的第一个问题就是轴承的选择和使用。

传统的滑动和滚动轴承不可避免的在运动部件和静止部件之间产生摩擦，因此轴承系统的尺寸误差、表面粗糙度等对传动误差的影响很大，这些影响随着频率的提高而更加显著。

技术发展和客户需求促进了非接触式特种轴承的发展，这些特种轴承很大的特点就是运动部件和静止部件之间没有直接的机械接触，还可以从动态设计的角度对误差频谱进行优化，使运动误差周期性的出现在不影响系统工作性能的频率区间，或者控制系统采用专用滤波技术对系统特性进行优化。

另外一个使得这些特种轴承得到关注和应用的决定因素是运动误差会随着工作平面气膜间隙的缩小其气膜刚度也迅速提高，系统误差迅速降低，系统有更好的高精度特性。可以通过附图一个典型的空气轴承的气膜间隙随气压变化说明这一特性。

由图可以看出，该空气轴承的刚性在30um时承载力与刚性等指标较低，气膜在5um以下时各项性能有教良好的表现。

因此，当对运动系统的精度和运动平稳性有很高的要求时，采用无接触式的特种轴承---空气轴承，是更加明智的选择。常用的非接触式轴承有弹性支撑、液压轴承、气体轴承和磁悬浮轴承等。