空氣軸承

空氣軸承（又稱為氣浮軸承）指的是用氣體（通常是空氣，但也有可能是其它氣體）作為潤滑劑的滑動軸承。空氣比油粘滯性小，耐高溫，無污染，因而可用於高速機器、儀器及放射性裝置中，但其負荷能力比油低。 空氣軸承分為三大類：空氣靜壓軸承、空氣動壓軸承和擠壓膜軸承。在一般工業中，空氣靜壓軸承用得較廣泛。

基本介紹

• 中文名：空氣軸承
• 別稱：氣浮軸承
• 套用領域：一般工業
• 原理：空氣彈性勢能

結構

由軸承內圈和外圈，外圈上有空氣的進出口孔，內圈上有噴嘴。

原理

空氣軸承是利用空氣彈性勢能來起支承作用的一種新型軸承。

優點

更高精度

空氣軸承提供極高的徑向和軸向旋轉精度。由於沒有機械接觸，磨損程度降到了最低，從而確保精度始終保持穩定。

由於製造結構的不同，空氣主軸旋轉時的精確性是天生具備的。特殊的製造技術提高了這一精確性，能夠提供極高的旋轉和軸向精度。空氣主軸的設計是，能夠在軸向和徑向同時獲得小於0.1微米TIR的旋轉精確性。由於旋轉的轉子和靜態支撐部分之間沒有機械接觸，所以沒有磨損產生，從而確保精度始終保持穩定——製造商使用統計學加工控制的一個重要特性。

典型的同步徑向偏擺值：<10微米（PCB鑽孔主軸，高速）

典型的非同步徑向偏擺值：<0.025微米（磁碟測試主軸，低速）

D1787高端PCB主軸的動態偏擺與轉子速度之間的關係

D1640-05磁碟測試主軸的非同步徑向偏擺與轉子速度之間的關係

高速

空氣軸承內部的低剪下力，能夠在提供極高轉速的同時，將動力損失降到最低，並使產生的熱量非常小。轉速可以超過300,000轉/分鐘。

空氣軸承阻力較低，允許較高的速度，並能同時保持較低的振動水平。摩擦對空氣軸承旋轉的阻礙非常小，並且，因此使得動力損失和熱量產生也非常小。這使得轉子能夠以極高的表面速度運行。有些主軸中，較高的旋轉速度會導致軸承硬度的增加——由空氣動力學和迴轉加勁的特點導致的。

各個市場領域中目前最高速西風空氣主軸的圖示

增加刀具壽命

使用空氣軸承意味著能夠大大延長刀具的壽命。

較低的振動和較高的旋轉精度，意味著鑽頭、刀具、砂輪、和鑽探工具都會有更長的壽命——降低了保養和運行成本。特別地，在PCB鑽孔行業中，目前使用的鑽針直徑更小至50微米，只有空氣主軸才能以所需的速度運行，以確保刀具的壽命達到要求

砂輪壽命的典型增長：1.5倍～4倍，取決於套用領域和砂輪類型

直徑0.01的PCB鑽孔工具壽命與旋轉速度之間的關係

提高表面光度

空氣主軸精確的、可重複的運動，使得表明光度達到了非常出色的程度。

空氣主軸的套用（如：半導體加工）提供了流暢的、精確的、可重複的運動——使得表面光度更佳。與滾珠軸承主軸不同，空氣軸承提供了穩定的軸承硬度，能夠確保所加工的硬質材料表面以下部分的破損程度最小。由於硬度是由貫穿軸承的、始終如一的空氣流提供的，轉子所經受的、來自外負載的作用力，在其旋轉時穩定的分布在所有點上。這一特性與研磨時產生良好的表面光度息息相關。

: 典型的表面光度：

表面研磨——<0.05微米（2微英寸）CLA

菱形轉動、或者飛刀切削丙烯酸樹脂和軟性材料——<0.012微米（0.5微英寸）CLA，達到穩定的光學品質

空氣軸承硬度值：

——軸向：達到250牛頓/微米（1,400,000磅/英寸）

——徑向：達到580牛頓/微米（3,300,000磅/英寸）

空氣主軸精確的、可重複的運動，使得表明光度達到了非常出色的程度。

C滾動元件軸承和空氣軸承的硬度比較

延長軸承壽命

由於沒有機械接觸、並且供給清潔的空氣（沒有油和水），因此軸承的壽命大大延長了。

軸承內部沒有任何金屬與金屬之間的接觸，如果供給的空氣清潔、且沒有油和水，將確保實際上無限的壽命，此外，由於運行的性質，空氣軸承會從軸承尾部不斷排除空氣，這就形成了阻礙外部有害污染物（如：原料碎片、或者切割液）進入的天然屏障。這增加了機器的利用率，減少了停機時間，從而提高了整體的效率。

滾珠軸承和空氣軸承壽命的比較

溫度上升緩慢

低摩擦，穩定的空氣流、和有效的動力傳送，使溫度上升幅度降到最低。

由於多種因素（如：低摩擦，穩定的空氣流、和有效的動力傳送），主軸轉子的熱效應非常小。此外，特殊材料和結構方法的選擇，以及內部的液體冷卻管道，幾乎完全消除了溫度的上升，因此，無需預熱階段。

水冷卻PCB鑽孔主軸在200,000轉/分鐘的速度時的熱成像

減少保養

只需要極少的保養。對空氣供給和冷卻系統的定期檢查，就是確保完全可靠性所需完成的全部工作。

通常，對空氣供給進行定期檢查就足以確保完全的軸承可靠性。如果主軸是在設計規範限定的條件下運行的，主軸擁有很長的運轉壽命。一般保養通常包括：確保空氣和水供給保持清潔，並達到正確的標準。

注意：將夾頭或者其他支撐裝置安裝到主軸上，必須遵循特定的保養規定。

典型的空氣過濾要求：0.1微米

增大負載能力

空氣軸承能夠支撐很大的負載，所以使得它們能夠被套用於很多行業的機械工具中。

空氣軸承設計能夠具備較高的負載能力、較高的硬度能力、或者兩者同時兼備。在很多空氣軸承的套用中，主軸速度相對較低，因此能夠組成徑向和軸向半徑較大的軸承。

徑向軸承的負載可達500千克。

軸向軸承的負載可達500千克。

降低震動

空氣主軸運行時，只產生最小幅度的振動和可聞噪音。

由於達到了高度的平衡標準、而且沒有機械接觸，西風空氣主軸產生的振動幅度和可聞噪音都是最小的。

典型的平衡標準：G0.4或者更高。

典型的振動幅度：<0.2毫米/秒（低速主軸）。<1.0毫米/秒（高速主軸）。

典型的噪音水平：70～80調整分貝

D1733PCB主軸徑向振動與轉子速度之間的關係

清潔

唯一使用的潤滑劑是空氣；因此，對於必須要求無污染的工件、或者工作環境來說，空氣軸承技術是理想的。

在從空作環境中去除脂、油、和油霧後，使用空氣主軸的條件將保持更加清潔。空氣軸承對環境不產生反作用，因此，是無塵環境（如：磁碟驅動器製造）的理想套用產品。事實上，特殊設計的西風空氣主軸還能在高度真空的條件下使用，如：已經在半導體矽晶片製造方面的套用。

主軸可以運行的、典型的無塵室標準：100級，絕對無塵環境。

套用

基於空氣的固有屬性（粘度低且隨溫度變化小、耐輻射等），空氣軸承在高速、低摩擦、高溫、低溫及有輻射性的場合，顯示了獨具的優越性。如在高速磨頭、高速離心分離器、陀螺儀表、原子反應堆冷卻用壓縮機、高速鼓風機、電子計算機記憶裝置等技術上，由於採用了空氣軸承，突破了使用滾動軸承或油膜軸承所不能解決的困難。