Mô hình tinh thần của hầu hết mọi người về ổ trục đều liên quan đến các quả bóng kim loại hoặc con lăn làm giảm ma sát giữa hai bộ phận chuyển động. Mô hình đó được phá vỡ hoàn toàn bằng vòng bi không khí, giúp loại bỏ hoàn toàn sự tiếp xúc vật lý. Nghe có vẻ quá đơn giản để - làm nổi một bề mặt trên một màng không khí điều áp mỏng thay vì để nó chạm vào bất cứ thứ gì - nhưng sự đơn giản đó chính là lý do tại sao công nghệ này đã trở thành tiêu chuẩn trong các hệ thống chuyển động có độ chính xác-cao nhất được chế tạo ngày nay.
Cơ chế cơ bản
Ổ trục không khí hoạt động bằng cách ép khí nén đi qua một loạt lỗ nhỏ hoặc vật liệu hạn chế xốp trên bề mặt ổ trục, tạo ra một màng không khí mỏng, liên tục - thường dày vài micron - giữa ổ trục và bề mặt mà ổ trục nằm trên đó. Lớp màng đó hỗ trợ tải trọng và giữ cho hai bề mặt không bao giờ tiếp xúc vật lý. Bởi vì không có sự tiếp xúc giữa kim loại-với-kim loại (hoặc kim loại-với-đá), về cơ bản không có ma sát, không bị mài mòn và không có hành vi trượt-dính - hiện tượng do dự giật nhỏ, giật mà vòng bi cơ học có thể biểu hiện ở tốc độ rất thấp hoặc trong khi thay đổi hướng.
Ba điều làm cho điều này thực sự hữu ích hơn là chỉ tao nhã:
Không ma sát có nghĩa là không sinh nhiệt khi tiếp xúc, điều này cực kỳ quan trọng trong các hệ thống mà độ ổn định nhiệt quyết định độ chính xác của phép đo.
Không hao mòn có nghĩa là không bị xuống cấp theo thời gian. Vòng bi-không khí được thiết kế tốt có thể hoạt động trong nhiều năm mà độ chính xác định vị không bị ảnh hưởng do mài mòn cơ học, không giống như vòng bi hoặc vòng bi lăn vốn mất dần độ chính xác khi các vòng đua và các bộ phận bị mòn.
Phim không khí tự nhiên có kích thước trung bình nhỏbề mặt không hoàn hảo, mang lại chuyển động mượt mà hơn hầu hết các lựa chọn thay thế cơ học có thể đạt được.
Tại sao Vòng bi không khí và đá granite xuất hiện cùng nhau
Vòng bi không khí cần một bề mặt cực kỳ phẳng, ổn định, tương thích với-ma sát-thấp để di chuyển và đây là lúc đá granit giành được vị trí trong hệ thống thay vì thép hoặc gang. Đá granite không bị ăn mòn, không phát triển các gờ cực nhỏ và những thay đổi bề mặt mà kim loại có thể xảy ra theo thời gian, đồng thời độ phẳng của nó được giữ nguyên vì nó không chịu các ứng suất dư mà các cấu trúc kim loại được gia công và hàn mang lại trong quá trình sản xuất. Nền đá granit kết hợp với bệ đỡ không khí mang đến cho bạn sự kết hợp trong đó không thành phần nào là mắt xích yếu về độ chính xác hoặc độ ổn định-lâu dài.
Nơi bạn thực sự sẽ tìm thấy sự kết hợp này
Máy đo tọa độ (CMM) và hệ thống đo biên dạng, trong đó đầu dò hoặc bộ cảm biến cần di chuyển mà không tạo ra bất kỳ tiếng ồn định vị nào.
Các giai đoạn kiểm tra chất bán dẫn và in thạch bản, trong đó dung sai định vị tấm bán dẫn được đo bằng nanomet.
Các hệ thống laser chính xác, bao gồm nền tảng laser femto giây và pico giây, trong đó độ ổn định của đường truyền tia-phụ thuộc vào tầng cơ học bên dưới luôn đứng yên hoàn toàn và chuyển động trơn tru khi nó di chuyển.
Bàn XY của động cơ tuyến tính được sử dụng trong mọi thứ, từ thiết bị khoan PCB đến dây chuyền kiểm tra pin.
Sự trao đổi{0}}đáng biết
Vòng bi không khí không phải là bữa trưa miễn phí - chúng cần nguồn cung cấp khí nén sạch, khô, được điều chỉnh và nếu nguồn cung cấp đó bị gián đoạn, các bề mặt vòng bi có thể tiếp xúc trực tiếp, đây thường là điều mà hệ thống được thiết kế để chịu đựng trong thời gian ngắn nhưng không phụ thuộc vào. Chúng cũng có xu hướng có giá trả trước cao hơn vòng bi cơ học cho khả năng chịu tải tương đương. Tuy nhiên, đối với những ứng dụng yêu cầu độ chính xác thực sự đòi hỏi điều đó thì không có nhiều - thay thế, đó chính xác là lý do tại sao vòng bi hơi đã trở thành lựa chọn mặc định trong các hệ thống chuyển động siêu chính xác-trong hai thập kỷ qua.