В высококонкурентной сфере нанометрового производства физические ограничения контактной механики стали существенным узким местом. Поскольку лидеры отрасли стремятся к увеличению производительности и повышению разрешения в полупроводниковой литографии и аэрокосмической инспекции, использование передовых технологий воздушных подшипников перешло из нишевой роскоши в промышленную необходимость. Понимание различных типов воздушных подшипников и критического фактора жесткости направляющих воздушных подшипников имеет важное значение для любого инженера, проектирующего системы линейных направляющих следующего поколения.
Понимание основных типов воздушных подшипников
Технология воздушных подшипников основана на принципе работы сверхтонкой пленки сжатого воздуха, которая поддерживает нагрузку, эффективно устраняя трение, износ и выделение тепла, характерные для механических подшипников. Однако способ распределения воздуха определяет рабочие характеристики подшипника.
Пористые воздушные подшипники часто считаются эталоном равномерного распределения давления. Благодаря использованию пористого материала — обычно углерода или специальной керамики — воздух проталкивается через миллионы субмикронных отверстий. Это приводит к образованию высокостабильной воздушной пленки, менее подверженной вибрациям и обеспечивающей превосходное демпфирование.
В пневматических подшипниках с отверстием используются точно обработанные отверстия или канавки для распределения воздуха. Хотя их изготовление зачастую проще, для обеспечения «компенсации давления», необходимой для предотвращения нестабильности на высоких скоростях, требуется высококвалифицированная инженерная разработка.
Плоские пневматические подшипники являются основными элементами систем линейных направляющих. Обычно они устанавливаются парами в противоположных направлениях для «предварительной нагрузки» гранитной направляющей, обеспечивая высокую жесткость в нескольких направлениях.
Вращающиеся воздушные подшипники обеспечивают практически нулевую погрешность вращения для таких применений, как гониометрия или тестирование шпинделей. Их способность поддерживать постоянную ось вращения без «гула», характерного для шариковых подшипников, делает их незаменимыми для оптического центрирования.
Инженерный критерий успеха: жесткость направляющей воздушного подшипника.
Одно из самых распространенных заблуждений в метрологии заключается в том, что воздушные подшипники «мягкие» по сравнению с механическими роликами. В действительности, при правильном проектировании жесткость современных направляющих на воздушных подшипниках может превышать жесткость механических систем.
Жесткость в системе воздушных подшипников определяется изменением толщины воздушной пленки в ответ на изменение нагрузки. Это достигается за счет «предварительной нагрузки». Используя магниты или вакуумное давление, или же захватывая гранитную направляющую с помощью противоположных воздушных подушек, инженеры могут сжимать воздушную пленку. По мере уменьшения толщины пленки ее сопротивление дальнейшему сжатию экспоненциально возрастает.
Высокая жесткость имеет решающее значение, поскольку она определяет собственную частоту колебаний системы и ее способность противостоять внешним возмущениям, таким как силы, создаваемые линейным двигателем с высоким ускорением. В ZHHIMG мы используем вычислительную гидродинамику (CFD) для оптимизации зазора между подшипником игранитный гид, обеспечивая максимальную жесткость без ущерба для безфрикционного характера движения.
Эволюция систем линейных направляющих.
Интеграция воздушных подшипников в системы линейных направляющих изменила архитектуру современных машин. Традиционно линейная направляющая состояла из стальной направляющей и шарикового кареточного механизма. Несмотря на свою прочность, эти системы страдают от «заедания» и теплового расширения.
Современная высокоточная линейная направляющая система обычно включает в себя гранитную балку, обеспечивающую необходимую плоскостность и тепловую инерцию, в сочетании с кареткой на воздушных подшипниках. Такая комбинация позволяет:
-
Отсутствие статического трения (липкости), что позволяет осуществлять микроскопические пошаговые перемещения.
-
Бесконечный срок службы, поскольку между компонентами отсутствует механический износ.
-
Обладает самоочищающимися свойствами, поскольку постоянный приток воздуха предотвращает попадание пыли в зазор подшипника.
Роль производителей воздушных подшипников в Индустрии 4.0
Выбор производителя подшипников скольжения предполагает оценку не только самого подшипника. Наиболее успешными являются те решения, в которых подшипник, направляющая и опорная конструкция рассматриваются как единая интегрированная система.
Компания ZHHIMG Group, являясь специализированным производителем, преодолевает разрыв между материаловедением и гидродинамикой. Мы специализируемся на изготовлении гранитных компонентов, которые служат «подиумом» для этих воздушных пленок. Поскольку точность воздушного подшипника зависит от поверхности, над которой он летает, наша способность шлифовать гранит с точностью до субмикронного уровня плоскостности позволяет нашим системам линейного перемещения достигать повторяемости на нанометровом уровне.
Спрос на такие системы резко возрастает в секторе контроля полупроводников, где переход на 2-нм и 1-нм техпроцессы требует наличия подвижных элементов, способных перемещаться без вибрации. Аналогично, в аэрокосмической отрасли измерение параметров крупномасштабных компонентов турбин требует сочетания высокой несущей способности гранита и деликатного воздействия пневматических зондов.
Заключение: Установление стандартов для движения жидкостей
Переход от механического контакта к опоре на жидкостную пленку представляет собой сдвиг парадигмы в машиностроении. Понимание специфических преимуществ различных типов воздушных подшипников и акцент на критической важностижесткость направляющей воздушного подшипникаБлагодаря этому производители могут достигать таких уровней точности, которые когда-то считались невозможными.
В ZHHIMG мы стремимся быть не просто поставщиком компонентов. Мы — партнер в области высокоточных технологий, предоставляющий надежную основу и передовые технологии воздушных подшипников, необходимые для развития глобальных инноваций в будущем. Когда движение становится безфрикционным, возможности для повышения точности становятся безграничными.
Дата публикации: 22 января 2026 г.