Mechanické ložiská majú strop, cez ktorý sa nedokážu dostať, bez ohľadu na to, ako dobre sú vyrobené. Guľôčkové ložiská, valčekové ložiská, lineárne vedenia - všetky sa spoliehajú na fyzický kontakt niekde v dráhe zaťaženia a fyzický kontakt znamená trenie, opotrebovanie a opakovateľný, ale nikdy dokonale hladký profil pohybu. Vzduchové ložiská tento problém úplne obchádzajú odstránením kontaktu z rovnice a žula sa v tichosti stala jedným zo štandardných referenčných povrchov, vďaka ktorým prístup funguje v presnom-priemysle.
Základná fyzika: Film vzduchu, ktorý robí prácu oceľových gúľ
Vzduchové ložisko funguje tak, že tlačí stlačený vzduch cez poréznu podložku alebo podložku s otvorom{0}}, čím sa medzi podložkou a referenčným povrchom vytvorí tenká poduška - zvyčajne s hrúbkou niekoľkých mikrónov -. Záťaž je úplne na tomto vzduchovom filme. Počas bežnej prevádzky nikde v systéme nie je žiadny kov{5}}na-kov alebo guľôčku{7}}k-pretekárskym kontaktom, čo znamená žiadne valivé trenie, žiadne-kĺzanie kľuky na začiatku pohybu a žiadne mechanické opotrebenie, ktoré časom znižuje presnosť konvenčného ložiska počas rokov bicyklovania.
Praktickým výsledkom je plynulejší a predvídateľnejší pohyb, najmä na konci spektra pohybu s nízkou{0}}rýchlosťou a vysokou presnosťou{1}, kde majú mechanické ložiská tendenciu najviac zápasiť. Stick-slip - malý, trhaný prechod, ktorý mechanické ložisko vytvára medzi statickým a kinetickým trením, keď pohyb začína, - v podstate zmizne so vzduchovým ložiskom, pretože v prvom rade nie je potrebné prekonať žiadne statické trenie.
Prečo je referenčný povrch taký dôležitý ako ložisková podložka
Vzduchové ložisko je len také dobré ako povrch, na ktorom jazdí. Hrúbka vzduchového filmu musí zostať konzistentná v celom rozsahu pohybu a akákoľvek odchýlka v tejto medzere - od nepravidelnosti povrchu, pórovitosti alebo postupného opotrebovania - sa priamo prejaví ako zmena tuhosti a chyba polohovania v pohybovom systéme nad ňou. Toto je časť dizajnu vzduchových ložísk, ktorej sa venuje menej pozornosti ako samotnej ložiskovej podložke a je to presne miesto, kde si žula získava svoje miesto.
Žula ponúka kombináciu vlastností, ktoré sa špecificky hodia na túto úlohu: nízku, konzistentnú pórovitosť, keď je materiál správne vyrobený, jemnú kryštalickú štruktúru, ktorá sa opracúva do skutočne plochej a stabilnej referenčnej roviny, a rozmerovú stabilitu, ktorá sa drží roky a nie degraduje pri stálej blízkosti aktívneho vzduchového filmu. Prémiová čierna žula v rozsahu hustoty 3 100 kg/m³ poskytuje túto konzistenciu spoľahlivejšie ako kameň nižšej-triedy, kde môže premenlivá pórovitosť spôsobiť mikro-nerovnosť povrchu, ktorá podkopáva stabilitu vzduchového filmu.
Tam, kde na voľnom pohybe-trenia skutočne záleží
Vzduchové ložiskové systémysa neúmerne prejavujú v aplikáciách, kde trenie-spôsobilo chybu, akokoľvek malú, a spôsobuje skutočný problém s presnosťou. Stupne na manipuláciu s polovodičovými doštičkami-, vysoko{3}}presné XY stoly a osi súradnicového meracieho stroja sú bežné príklady - všetkých aplikácií, kde je opakovateľnosť polohovania na sub-mikrónovej úrovni úplným bodom a kde by kolísanie trenia konvenčného ložiska bolo limitujúcim faktorom presnosti systému.
Izolácia vibrácií je sekundárnou výhodou, ktorú stojí za zmienku. Pretože medzi pohyblivým prvkom a referenčným povrchom nedochádza k žiadnemu fyzickému kontaktu prenášajúcemu mechanický hluk, systémy vzduchových ložísk majú tendenciu izolovať určité režimy vibrácií efektívnejšie ako mechanické alternatívy - užitočné v zariadeniach na spracovanie laserom a optickej kontrole, kde stabilita lúča alebo optickej dráhy závisí od minimalizácie štrukturálneho hluku dosahujúceho pracovný povrch.
Čo reálne obmedzuje prijatie vzduchového ložiska
Vzduchové ložiská nie sú univerzálnou inováciou a oplatí sa byť priamo v súvislosti s kompromismi. Vyžadujú nepretržitý, čistý, regulovaný prívod vzduchu -, ktorý závislé mechanické ložiská jednoducho nemajú, a skutočné hľadisko spoľahlivosti v prostrediach, kde kvalita stlačeného vzduchu nie je prísne kontrolovaná. Nosnosť na jednotku plochy je vo všeobecnosti nižšia ako u porovnateľného mechanického ložiska, čo je dôvod, prečo plocha vzduchového ložiska má tendenciu byť väčšia v porovnaní s prenášaným zaťažením. A samotný referenčný povrch -, či už granitový alebo keramický -, musí byť vyrobený a overený podľa štandardu, ktorý väčšina konvenčných ložísk nikdy nevyžadujú, čo ovplyvňuje náklady aj dodaciu dobu.
Praktická poznámka z výroby týchto povrchov
Obrábame žulové vzduchové ložiskové povrchy ako súčasť našej presnej žulovej produktovej rady a opakujúce sa ponaučenie z tejto práce je, že na overovaní rovinnosti záleží viac, ako sa pripisuje uznaniu počas úvodnej konverzácie o špecifikáciách. Plocha, ktorá sa meria ako plochá na malom vzorkovom kupóne, nezaručuje rovnakú rovinnosť na celej pracovnej ploche veľkoformátovej -fázy -. Overenie sa musí uskutočniť v rámci skutočnej objednávanej veľkosti, nie extrapolovanej z menšej referencie. Pre inžinierske tímy, ktoré špecifikujú systém vzduchových ložísk, je to zvyčajne dôležitejšia otázka, ktorú by sa mali opýtať dodávateľa, ako to, ktoré konkrétne číslo pórovitosti je uvedené v údajovom liste: bol tento povrch skutočne meraný plochý v celom svojom pracovnom rozmere, nie len predpokladaný, že je.