一种基于多孔质表面抑制振动的气浮支承

1.本发明涉及气浮支承领域，具体是一种基于多孔质表面抑制振动的气浮支承。


背景技术：

2.气浮支承具有非接触、无污染、精度高、无摩擦等优点，因此在精密、高精密加工平台等领域被广泛使用。近年来，随着原子能、航空航天以及半导体等尖端技术的飞速发展，气浮支承也被用于各种半导体工件的输运，液晶显示面板以及太阳能电池板的输运等领域。
3.气浮支承的结构如图1所示，其包括气浮平台02，气浮平台02中竖直贯穿设置有若干进气孔和若干出气孔，进气孔、出气孔呈相间排列布置。其中每个进气孔包括下段的进气口09、中段的正压节流孔06以及上段的正压承压腔07，每个出气孔包括下段的负压吸气口08、中段的负压节流孔04以及上段的负压承压腔05。气浮支承工作过程为：在气浮平台02的台面上方设置浮动体01，将除湿除油后具有一定压力的气体a0经过气浮平台02的进气口09进入正压节流孔06继而进入正压承压腔07，再经正压承压腔07到达气浮平台02台面与浮动体01之间间隙，一部分气体从气浮平台02与浮动体01之间间隙排出，另一部分气体经从负压承压腔05进入负压节流孔04继而进入负压吸气口08，并从负压吸气口08排出。气体流经浮动体01与气浮平台02之间的间隙时形成一层具有一定刚度和厚度的气膜03，通过气膜03实现对浮动体01的支撑与传输。
4.现有的气浮支承中，气膜03内气体流动存在不稳定的紊流以及气旋现象，因此导致气膜03存在稳定性差的问题，而气膜内气体流动的稳定性对气浮支承系统的稳定性有重要影响。此外，由于正压的进气孔中心区域压力较高，浮动体01在受力不均的情况下产生一定的变形(特别是浮动体是薄板类材料时)，对气膜03形成一定的挤压，产生流固耦合振动现象，从而使气膜03不稳定，也会加剧浮动体01的振动。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于多孔质表面抑制振动的气浮支承，以解决现有技术气浮支承存在气膜不稳定的问题。
6.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
7.一种基于多孔质表面抑制振动的气浮支承，包括气浮平台，以及若干贯通气浮平台的进气孔、出气孔，其特征在于，所述气浮平台的台面上避开进气孔、出气孔位置设有多孔材料层。
8.进一步的，所述多孔材料层的孔隙度按公式(1)计算的结果设置，公式(1)如下：
[0009][0010]
公式(1)中φ为孔隙度，vv为孔隙总体积，va为封闭的孔隙体积，v
t
为多孔质材料总体积。
[0011]
进一步的，所透过多孔材料层的透气率按公式(2)计算的结果设置，公式(2)如下：
[0012][0013]
公式(2)中，q为通过多孔质材料的流量，μ为气体动力粘度,δp为多孔质材料前后表面的压力差，a为多孔质材料供气面积，h为多孔质材料厚度。
[0014]
进一步的，所述气体在多孔材料中平行于多孔材料层流动，气体流量q在垂直于多孔材料层的方向上为线性变化，在多孔材料最低层与底板粘接层面上气体流量q＝0，结合公式(2)，所述平行通过多孔材料层的平均透气率按公式(3)计算的结果设置，公式(3)如下：
[0015][0016]
公式(3)中，q为平行通过多孔质材料的流量，μ为气体动力粘度,δp为多孔质材料前后表面的压力差，a为多孔质材料的供气面积，l为气体流动方向上多孔质材料的长度。
[0017]
本发明中，多孔材料层的孔隙度、透气率设置公式根据实验结果确定，当气浮支承系统中浮动体的振动振幅不超过许用值即可。
[0018]
进一步的，所述多孔材料层由泡沫铜多孔质材料制成。
[0019]
进一步的，所述多孔材料层粘接于气浮平台的台面上。
[0020]
本发明中，在气浮平台台面上避开进气孔、负压孔位置设置一层具有一定孔隙度和透气率的多孔材料层，这种设置可以使得气膜流场中贴近多孔材料层表面的底层气流在多孔材料层的作用下形成较为均匀稳定的紊流层，此外由于多孔材料层具有一定的容气与阻尼能力，一方面能够抑制气膜流场中气旋现象(破坏气旋形成和发展的条件)，另一方面还能够平滑气膜流场压力波动，进而抑制浮动体与气膜之间的流固耦合振动。
[0021]
因此，与现有技术相比，本发明的气浮支承通过在气浮平台表面设置多孔材料层，能够抑制气膜流场中漩涡以及浮动体与气膜之间的流固耦合振动，从而可有效改善气膜内气体流动的稳定性，进而实现提高气浮支承系统的稳定性。
附图说明
[0022]
图1是现有技术气浮支承结构示意图。
[0023]
图2是本发明实施例气浮支承结构示意图。
[0024]
图3是本发明实施例工作状态图。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0026]
如图2所示，本实施例基于多孔质表面抑制振动的气浮支承，包括水平设置的气浮平台02，气浮平台02中竖直贯穿设置有若干进气孔、若干出气孔，进气孔、出气孔呈相间排列布置。每个进气孔包括下段的进气口09、中段的正压节流孔06以及上段的正压承压腔07，正压节流孔06的孔径小于正压承压腔07的内径。每个负压孔包括下段的负压吸气口08、中段的负压节流孔04以及上段的负压承压腔05，负压节流孔04的孔径小于负压承压腔05的内径。
[0027]
气浮平台02的台面上通过粘接方式粘接固定有一层厚度为3mm的多孔材料层010，多孔材料层010材料为泡沫铜多孔质材料，多孔材料层010的孔隙度、透气率可根据供气压力与需要气浮支承的浮动体01的重量决定。其中，多孔材料层010的孔隙度按公式(1)计算结果设置，公式(1)如下：
[0028][0029]
公式(1)中φ为孔隙度，v
p
为孔隙总体积，va为封闭的孔隙体积，v
t
为多孔质材料总体积。
[0030]
平行通过多孔材料层的平均透气率按公式(3)计算的结果设置，公式(3)如下：
[0031][0032]
公式(3)中，q为平行通过多孔质材料的流量，μ为气体动力粘度,δp为多孔质材料前后表面的压力差，a为多孔质材料的供气面积，l为气体流动方向上多孔质材料的长度。
[0033]
如图3所示，本实施例工作时，通过对称分布的直线导轨10支承浮动体01，具体的直线导轨10上安装真空吸盘11，由真空吸盘11吸固浮动体01。将本实施例的气浮支承设置于浮动体01下方，使气浮平台02的台面朝向浮动体01底部。然后将一定压力的气体a0接入气浮支承的进气孔，气体由进气孔的进气口09进入正压节流孔06，再通过正压承压腔07流入浮动体01和多孔材料层010之间的间隙，形成一层气膜03使得浮动体01支撑漂浮起来。气膜03中的气体一部分通过间隙排入大气，一部分通过负压承压腔05进入负压节流孔04，并最终被从负压吸气口08吸走。最后浮动的浮动体01被真空吸盘11固定边缘，通过直线导轨10对浮动体01进行输运。
[0034]
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。