空气静压轴承的特点与特点，你知道吗？

雪莉晓苏：今天我来详细介绍一下空气轴承。 空气轴承又称空气轴承，是指使用气体（通常是空气，但也可能是其他气体）作为润滑剂的滑动轴承。 它是一种利用气动弹性势能支撑的新型轴承。

空气轴承又称空气轴承，是指使用气体（通常是空气，但也可能是其他气体）作为润滑剂的滑动轴承。 轴承由内圈和外圈组成。 外圈有进、出气孔，内圈有喷嘴。 空气的粘度比油小，耐高温，无污染，因此可用于高速机器、仪器和放射性装置，但其负载能力比油低。 空气轴承是一种利用气动弹性势能提供支撑的新型轴承。

空气轴承分为三大类：空气静压轴承、空气动压轴承和挤压薄膜轴承。 在一般工业中，空气静压轴承得到广泛应用。

空气静压轴承利用压缩空气通过节流阀进入轴承，形成压力气膜来支撑轴承。 其承载原理与静压轴承基本相似。 基于润滑剂性能的差异（液体是不可压缩流体，其粘度一般比空气大2~3个数量级），两者的设计理论、结构和应用场景自然不同。

空气静压轴承的特点

空气静压轴承与液膜轴承类似。 空气静压轴承中气膜的形成与轴转速无关，而空气动压轴承中气膜的形成完全取决于轴转速。 与其他类型的轴承相比，它具有以下特点：

(1)空气的粘度很低，因此摩擦损失很小，发热和变形也极小。 这对于精密机床来说尤其重要，因为机床的热变形对加工精度有着极其有害的影响。 在空气静压轴承中，由于空气通过轴承时的压降所产生的冷却效果，以及空气极低的粘度，无论工作间隙有多小、气封有多大，都可以保持很小的温升。表面群岛这对于高速磨床主轴轴承和高速涡轮机尤其有价值。

空气静压轴承在超精密、超高速主轴方面有着广阔的应用前景。 除了空气的粘度几乎可以忽略不计之外，它的清洁度、化学惰性和稳定性，以及它在地球上取之不尽用之不竭的优点，使其成为一种非常有吸引力的润滑剂。

(2)与滚动轴承相比，空气静压轴承振动较小。 如果用于砂轮主轴，可以很好地保持砂轮的形状。 砂轮的修正次数和磨损可减少1/3~1/4：加工工件的表面粗糙度也降低。 低的。

(3)其缺点主要是承载能力低、刚性差。

空气轴承的优点

更高的准确度

空气轴承提供极高的径向和轴向旋转精度。 由于没有机械接触，磨损降至最低，确保始终保持一致的精度。

由于制造结构的不同，气主轴旋转的精度是固有的。 特殊的制造技术提高了这种精度，提供极高的旋转和轴向精度。 空气主轴的设计目标是在轴向和径向上实现小于 0.1 微米 TIR 的旋转精度。 由于旋转转子和静态支撑部分之间没有机械接触，因此不会产生磨损，从而确保精度始终保持恒定——这对于使用统计过程控制的制造商来说是一个重要特征。

典型的同步径向偏转值：

典型的非同步径向偏转值：

D1787 高端PCB主轴动态挠度与转子转速的关系

D1640-05 圆盘测试主轴异步径向偏转与转子速度

高速

空气轴承内部的低剪切力可以提供极高的速度，同时最大限度地减少功率损失并产生很少的热量。 转速可超过300,000转/分。

空气轴承具有较低的阻力，允许更高的速度，同时保持较低的振动水平。 摩擦对空气轴承旋转的阻碍非常小，因此导致的功率损失和热量产生非常少。 这使得转子能够以极高的表面速度运行。 在某些主轴中，较高的转速会导致轴承刚度增加 - 这是由空气动力学和旋转刚度特性引起的。

每个细分市场都有最高速度的西风气主轴。

延长刀具寿命

使用空气轴承意味着显着延长刀具寿命。

更低的振动和更高的旋转精度意味着钻头、刀具、砂轮和钻孔工具的使用寿命更长，从而降低维护和运营成本。特别是在 PCB 钻孔行业，目前使用的钻针直径小至 50 微米，并且只有空气主轴才能按要求的转速运转，才能保证刀具寿命达到要求。

砂轮寿命典型增加：1.5 至 4 倍，具体取决于应用领域和砂轮类型

0.01直径PCB钻孔刀具寿命与转速的关系

提高表面光泽度

空气主轴的精确、可重复的运动产生了卓越的亮度。

气动主轴应用（例如半导体加工）提供平稳、精确、可重复的运动 - 从而获得更好的表面光洁度。 与滚珠轴承主轴不同，空气轴承提供一致的轴承刚度，确保加工硬质材料表面以下的损坏最小。 由于刚度是由流经轴承的一致气流提供的，因此转子在旋转时承受的来自外部负载的力稳定地分布在所有点上。 该特性与磨削过程中良好表面光洁度的产生密切相关。

典型的表面光洁度：

表面磨削——

金刚石车削，或飞刀切削丙烯酸树脂及软质材料——

空气轴承硬度值：

——轴向：高达 250 牛顿/微米（1,400,000 磅/英寸）

——径向：高达 580 牛顿/微米（3,300,000 磅/英寸）

空气主轴的精确、可重复的运动产生了卓越的亮度。

滚动轴承与空气轴承的C硬度比较

延长轴承寿命

由于没有机械接触并供应清洁空气（无油和水），轴承的寿命大大延长。

轴承内部没有金属与金属的接触。 如果供应的空气清洁且不含油和水，则几乎可以保证无限的使用寿命。 此外，由于操作的性质，空气轴承将持续排除轴承后部的空气。 这形成了一道天然屏障，防止有害的外部污染物（例如原材料碎片或切削液）进入。 这提高了机器利用率并减少了停机时间，从而提高了整体效率。

滚珠轴承与空气轴承寿命比较

温度缓慢上升

低摩擦、稳定的气流和有效的动力传输最大限度地减少了温升。

由于低摩擦、稳定的气流和高效的动力传输等因素，对主轴转子的热影响非常小。 此外，特殊材料和施工方法的选择以及内部液体冷却管道几乎完全消除了温升，因此无需预热阶段。

200,000 rpm 水冷 PCB 钻孔主轴热成像

增加负载能力

空气轴承可以支撑大载荷，这使得它们适合在许多行业的机床中使用。

空气轴承设计可以具有更高的负载能力、更高的刚度能力或两者兼而有之。 在许多空气轴承应用中，主轴速度相对较低，允许轴承具有较大的径向和轴向半径。

径向轴承的负载可达500公斤。

轴向轴承载荷可达500公斤。

减少振动

气动主轴在运行时仅产生最小的振动和可闻噪音。

由于高度平衡且无机械接触，Westwind 空气主轴产生最小的振动幅度和可闻噪音。

典型平衡标准：G0.4或更高。

典型振动幅度：

典型噪音水平：70至80分贝调整

D1733 PCB主轴径向振动与转子转速的关系

空气轴承的维护和清洁

干净的

唯一使用的润滑剂是空气； 因此，空气轴承技术非常适合必须无污染的工件或工作环境。

空气工作环境中的油脂、油和油雾被清除后，空气主轴的使用环境将保持清洁。 空气轴承对环境无反应，非常适合无尘环境中的应用，例如磁盘驱动器制造。 事实上，专门设计的 Westwind 空气主轴也可以在高真空条件下使用，例如那些已经用于半导体硅片制造的空气主轴。

主轴可运行的典型洁净室标准：Class 100，绝对无尘环境。

维护

需要最少的维护。 只需定期检查供气和冷却系统即可确保完全可靠性。

通常，定期检查空气供应就足以确保轴承的完全可靠性。 如果主轴在设计规范限制的条件下运行，则主轴的使用寿命较长。 一般维护通常包括：确保空气和水源保持清洁并达到正确的标准。

注意：在主轴上安装卡盘或其他支撑装置时，必须遵守特定的维护规定。

典型空气过滤要求：0.1微米

空气轴承应用

基于空气的固有特性（粘度低、随温度变化小、耐辐射等），空气轴承在高速、低摩擦、高温、低温和辐射场合显示出独特的优势。 例如，在高速磨头、高速离心分离器、陀螺仪器、冷却原子反应堆的压缩机、高速鼓风机、电子计算机存储装置等技术中，空气轴承的使用克服了无法实现的困难。采用滚动轴承或油膜轴承解决。 。

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