Fiecare rulment mecanic, oricât de bine realizat, are undeva - bile de contact cu cursele de rulare, un arbore cu o bucșă, role cu o șină. Acest contact este locul în care sistemele de mișcare de precizie își pierd acuratețea, în moduri greu de eliminat doar printr-o producție mai bună. Rulmenții de aer adoptă o abordare complet diferită: îndepărtați contactul și eliminați majoritatea surselor de eroare care vin cu acesta. Întrebarea care merită pusă nu este dacă acest lucru este adevărat în principiu - este în mod clar -, ci în cazul în care de fapt contează suficient pentru a justifica complexitatea și costul adăugat.
Cu ce se luptă de fapt rulmenții convenționali
Rulmenții cu elemente de rulare-- cu bile sau cu role - ating o frecare scăzută prin suprafețe de contact întărite, precis cu sol, dar „frecare scăzută” nu înseamnă „fără frecare”, iar frecarea care rămâne nu este perfect consecventă. Frecarea statică în repaus este mai mare decât frecarea dinamică odată ce rulmentul se mișcă, o diferență cunoscută sub numele de stick-slip și apare ca o discontinuitate mică, dar reală, de poziționare de fiecare dată când o etapă pornește din repaus. Pentru prelucrarea generală, acea discontinuitate este invizibilă. Pentru poziționarea sub-micronică, este o sursă măsurabilă de eroare de repetabilitate.
Rulmenții-elementelor de rulare se uzează. Fiecare rotație implică un stres de contact microscopic la interfața de cursă a mingii-și, pe parcursul a milioane de cicluri, această solicitare produce o uzură măsurabilă - schimbând preîncărcarea, introducând joc și degradând treptat repetabilitatea lagărului când era nou. Ungerea ajută, dar nu elimină mecanismul; este inerent modului în care funcționează rulmentul.
Ce se schimbă structural lagărelor de aer
Un rulment de aer separă elementul în mișcare de suprafața sa de referință cu o peliculă de aer subțire, continuu sub presiune, de obicei de câțiva microni grosime. Nu există niciun contact de rulare, nicio tranziție de alunecare-între frecarea statică și dinamică și - critic - nici un mecanism de uzură din acțiunea rulmentului în sine, deoarece nu există niciun contact fizic care să genereze stres la un punct de contact. Elementul în mișcare plutește în esență, constrâns mai degrabă de presiunea aerului decât de contactul mecanic.
Acest lucru produce două beneficii directe pentru mișcarea de precizie. În primul rând, frecarea devine efectiv neglijabilă și consecventă pe întreaga gamă de mișcare, eliminând discontinuitatea stick-alunecării care limitează repetabilitatea-elementului de rulare la incremente de poziționare foarte fine. În al doilea rând, deoarece nu există nicio uzură prin contact, caracteristicile de precizie ale unui rulment de aer rămân mult mai consistente pe durata de viață a acestuia decât rulmenții cu elemente de rulare-fa - un avantaj semnificativ pentru echipamentele care se estimează că vor menține calibrarea de-a lungul anilor de utilizare continuă.
Unde suprafața de referință devine factorul limitativ
Iată partea care schimbă conversația de la „lagăre de aer vs rulmenți convenționali” la ceva mai specific: precizia proprie a unui rulment de aer este la fel de bună ca suprafața de referință pe care se deplasează. Consistența peliculei de aer depinde de planeitatea și porozitatea acelei suprafețe - orice variație a suprafeței se traduce direct în variația rigidității și, în cele din urmă, în eroarea de poziționare. Acesta este motivul pentru care granitul apare atât de constant ca material de referință pentrusisteme de rulment de aerîn mod specific, în loc să fie incidental tehnologiei.
Mașinile cu structură cristalină fină, strânsă ale granitului, la o suprafață de referință plană,-porozabilă, stabilă din punct de vedere dimensional pe o tură de lucru, ne-magnetică și economică pe suprafețele mai mari pe care le necesită multe mese XY-aerutice și platforme de motoare liniare. Tehnologia rulmenților și materialul de referință nu sunt decizii separate în practică - un rulment cu aer bine proiectat-pe o suprafață de referință prost specificată are performanțe insuficiente pentru un rulment mediocru pe unul excelent.
Unde aterizează de fapt comerțul-
Nimic din toate acestea face ca rulmenții de aer să fie alegerea potrivită pentru fiecare aplicație și merită să fiți direct în acest sens. Rulmenții cu aer necesită o sursă de aer continuă, curată și reglementată - o dependență pe care pur și simplu nu o au rulmenții convenționali și una care adaugă infrastructură reală și cost de funcționare. Capacitatea de încărcare pe unitate de suprafață este, în general, mai mică decât un rulment cu elemente de rulare-echivalente, ceea ce înseamnă că sistemele de rulmenți cu aer au adesea nevoie de o suprafață mai mare a plăcuțelor pentru a suporta aceeași sarcină. Pentru mișcarea de uz general-în cazul în care repetabilitatea sub-microană nu este cerința de antrenare, un sistem de elemente de rulare- bine specificat-rămâne mai economic și mai simplu din punct de vedere mecanic.
În cazul în care rulmenții de aer câștigă prima lor, este în special în aplicațiile în care aderența-alunecarea și deviația legată de uzura-de lungă durată sunt factorii limitanți real - etapele de metrologie de înaltă-precizie, manipularea plăcilor semiconductoare, sistemele de aliniere optică și alte aplicații în care repetabilitate de poziționare la nivelul întregului sistem{55}determină dacă repetabilitate la nivelul întregului sistem de spec.
Ce să verificați înainte de a specifica un sistem de rulmenți de aer
Pentru cumpărătorii de inginerie care evaluează sistemele de rulmenți cu aer, suprafața de referință merită la fel de multă examinare ca și hardware-ul rulmentului în sine. Merită să întrebați direct: ce date de planeitate și porozitate susțin suprafața de referință din granit sau ceramică care este citată, cum este verificată acea planeitate pe întreaga zonă de lucru, mai degrabă decât un cupon de probă și dacă furnizorul are experiență integrată în potrivirea designului plăcuțelor de rulment cu acea suprafață de referință specifică, în loc să le trateze pe cele două ca componente independente. Prelucrăm suprafețe de referință din granit pentru aplicații cu rulmenți cu aer ca parte a liniei noastre de granit de precizie, iar lecția practică din această muncă este consecventă - rulmentul atrage atenția în conversația cu specificațiile, dar suprafața pe care călătorește este la fel de adesea factorul de limitare real al performanței sistemului.