空氣軸承

空氣軸承是利用空氣彈性勢(shì)能來(lái)起支承作用的一種新型軸承。

基于空氣的固有屬性（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(chǎng)合，顯示了獨(dú)具的優(yōu)越性。如在高速磨頭、高速離心分離器、陀螺儀表、原子反應(yīng)堆冷卻用壓縮機(jī)、高速鼓風(fēng)機(jī)、電子計(jì)算機(jī)記憶裝置等技術(shù)上，由于采用了空氣軸承，突破了使用滾動(dòng)軸承或油膜軸承所不能解決的困難。

由軸承內(nèi)圈和外圈，外圈上有空氣的進(jìn)出口孔，內(nèi)圈上有噴嘴。

空氣軸承更高精度

空氣軸承提供極高的徑向和軸向旋轉(zhuǎn)精度。由于沒(méi)有機(jī)械接觸，磨損程度降到了最低，從而確保精度始終保持穩(wěn)定。

由于制造結(jié)構(gòu)的不同，空氣主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的精確性是天生具備的。特殊的制造技術(shù)提高了這一精確性，能夠提供極高的旋轉(zhuǎn)和軸向精度?？諝庵鬏S的設(shè)計(jì)是，能夠在軸向和徑向同時(shí)獲得小于0.1微米TIR的旋轉(zhuǎn)精確性。由于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和靜態(tài)支撐部分之間沒(méi)有機(jī)械接觸，所以沒(méi)有磨損產(chǎn)生，從而確保精度始終保持穩(wěn)定——制造商使用統(tǒng)計(jì)學(xué)加工控制的一個(gè)重要特性。

典型的同步徑向偏擺值：<10微米（PCB鉆孔主軸，高速）

典型的非同步徑向偏擺值：<0.025微米（磁盤(pán)測(cè)試主軸，低速）

D1787高端PCB主軸的動(dòng)態(tài)偏擺與轉(zhuǎn)子速度之間的關(guān)系

D1640-05磁盤(pán)測(cè)試主軸的非同步徑向偏擺與轉(zhuǎn)子速度之間的關(guān)系

空氣軸承高速

空氣軸承內(nèi)部的低剪切力，能夠在提供極高轉(zhuǎn)速的同時(shí)，將動(dòng)力損失降到最低，并使產(chǎn)生的熱量非常小。轉(zhuǎn)速可以超過(guò)300,000轉(zhuǎn)/分鐘。

空氣軸承阻力較低，允許較高的速度，并能同時(shí)保持較低的振動(dòng)水平。摩擦對(duì)空氣軸承旋轉(zhuǎn)的阻礙非常小，并且，因此使得動(dòng)力損失和熱量產(chǎn)生也非常小。這使得轉(zhuǎn)子能夠以極高的表面速度運(yùn)行。有些主軸中，較高的旋轉(zhuǎn)速度會(huì)導(dǎo)致軸承硬度的增加——由空氣動(dòng)力學(xué)和回轉(zhuǎn)加勁的特點(diǎn)導(dǎo)致的。

各個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域中最高速西風(fēng)空氣主軸的圖示

空氣軸承增加刀具壽命

使用空氣軸承意味著能夠大大延長(zhǎng)刀具的壽命。

較低的振動(dòng)和較高的旋轉(zhuǎn)精度，意味著鉆頭、刀具、砂輪、和鉆探工具都會(huì)有更長(zhǎng)的壽命——降低了保養(yǎng)和運(yùn)行成本。特別地，在PCB鉆孔行業(yè)中，使用的鉆針直徑更小至50微米，只有空氣主軸才能以所需的速度運(yùn)行，以確保刀具的壽命達(dá)到要求

砂輪壽命的典型增長(zhǎng)：1.5倍～4倍，取決于應(yīng)用領(lǐng)域和砂輪類(lèi)型

直徑0.01的PCB鉆孔工具壽命與旋轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系

空氣軸承提高表面光度

空氣主軸精確的、可重復(fù)的運(yùn)動(dòng)，使得表明光度達(dá)到了非常出色的程度。

空氣主軸的應(yīng)用（如：半導(dǎo)體加工）提供了流暢的、精確的、可重復(fù)的運(yùn)動(dòng)——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(wěn)定的軸承硬度，能夠確保所加工的硬質(zhì)材料表面以下部分的破損程度最小。由于硬度是由貫穿軸承的、始終如一的空氣流提供的，轉(zhuǎn)子所經(jīng)受的、來(lái)自外負(fù)載的作用力，在其旋轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定的分布在所有點(diǎn)上。這一特性與研磨時(shí)產(chǎn)生良好的表面光度息息相關(guān)。

: 典型的表面光度：

表面研磨——<0.05微米（2微英寸）CLA

菱形轉(zhuǎn)動(dòng)、或者飛刀切削丙烯酸樹(shù)脂和軟性材料——<0.012微米（0.5微英寸）CLA，達(dá)到穩(wěn)定的光學(xué)品質(zhì)

空氣軸承硬度值：

——軸向：達(dá)到250牛頓/微米（1,400,000磅/英寸）

——徑向：達(dá)到580牛頓/微米（3,300,000磅/英寸）

空氣主軸精確的、可重復(fù)的運(yùn)動(dòng)，使得表明光度達(dá)到了非常出色的程度。

C滾動(dòng)元件軸承和空氣軸承的硬度比較

空氣軸承延長(zhǎng)軸承壽命

由于沒(méi)有機(jī)械接觸、并且供給清潔的空氣（沒(méi)有油和水），因此軸承的壽命大大延長(zhǎng)了。

軸承內(nèi)部沒(méi)有任何金屬與金屬之間的接觸，如果供給的空氣清潔、且沒(méi)有油和水，將確保實(shí)際上無(wú)限的壽命，此外，由于運(yùn)行的性質(zhì)，空氣軸承會(huì)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(jìn)入的天然屏障。這增加了機(jī)器的利用率，減少了停機(jī)時(shí)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

空氣軸承溫度上升緩慢

低摩擦，穩(wěn)定的空氣流、和有效的動(dòng)力傳送，使溫度上升幅度降到最低。

由于多種因素（如：低摩擦，穩(wěn)定的空氣流、和有效的動(dòng)力傳送），主軸轉(zhuǎn)子的熱效應(yīng)非常小。此外，特殊材料和結(jié)構(gòu)方法的選擇，以及內(nèi)部的液體冷卻管道，幾乎完全消除了溫度的上升，因此，無(wú)需預(yù)熱階段。

水冷卻PCB鉆孔主軸在200,000轉(zhuǎn)/分鐘的速度時(shí)的熱成像

空氣軸承減少保養(yǎng)

只需要極少的保養(yǎng)。對(duì)空氣供給和冷卻系統(tǒng)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(duì)空氣供給進(jìn)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(shè)計(jì)規(guī)范限定的條件下運(yùn)行的，主軸擁有很長(zhǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)壽命。一般保養(yǎng)通常包括：確?？諝夂退┙o保持清潔，并達(dá)到正確的標(biāo)準(zhǔn)。

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(yǎng)規(guī)定。

典型的空氣過(guò)濾要求：0.1微米

空氣軸承增大負(fù)載能力

空氣軸承能夠支撐很大的負(fù)載，所以使得它們能夠被應(yīng)用于很多行業(yè)的機(jī)械工具中。

空氣軸承設(shè)計(jì)能夠具備較高的負(fù)載能力、較高的硬度能力、或者兩者同時(shí)兼?zhèn)?。在很多空氣軸承的應(yīng)用中，主軸速度相對(duì)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(fù)載可達(dá)500千克。

軸向軸承的負(fù)載可達(dá)500千克。

空氣軸承降低震動(dòng)

空氣主軸運(yùn)行時(shí)，只產(chǎn)生最小幅度的振動(dòng)和可聞噪音。

由于達(dá)到了高度的平衡標(biāo)準(zhǔn)、而且沒(méi)有機(jī)械接觸，西風(fēng)空氣主軸產(chǎn)生的振動(dòng)幅度和可聞噪音都是最小的。

典型的平衡標(biāo)準(zhǔn)：G0.4或者更高。

典型的振動(dòng)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(diào)整分貝

D1733PCB主軸徑向振動(dòng)與轉(zhuǎn)子速度之間的關(guān)系

空氣軸承清潔

唯一使用的潤(rùn)滑劑是空氣；因此，對(duì)于必須要求無(wú)污染的工件、或者工作環(huán)境來(lái)說(shuō)，空氣軸承技術(shù)是理想的。

在從空作環(huán)境中去除脂、油、和油霧后，使用空氣主軸的條件將保持更加清潔?？諝廨S承對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生反作用，因此，是無(wú)塵環(huán)境（如：磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器制造）的理想應(yīng)用產(chǎn)品。事實(shí)上，特殊設(shè)計(jì)的吸風(fēng)空氣主軸還能在高度真空的條件下使用，如：已經(jīng)在半導(dǎo)體硅晶片制造方面的應(yīng)用。

主軸可以運(yùn)行的、典型的無(wú)塵室標(biāo)準(zhǔn)：100級(jí)，絕對(duì)無(wú)塵環(huán)境。

劉銀松、徐榮發(fā)。