Svaki mehanički ležaj, bez obzira na to koliko je dobro napravljen, ima kontakt negdje - kuglica s prstenovima, osovina s čahurom, valjci s tračnicom. Taj kontakt je mjesto gdje precizni sustavi gibanja gube svoju točnost, na načine koje je teško eliminirati samom boljom proizvodnjom. Zračni ležajevi imaju sasvim drugačiji pristup: uklonite kontakt i uklonit ćete većinu izvora grešaka koji dolaze s njim. Pitanje koje vrijedi postaviti nije je li to načelno točno - jasno je -, nego gdje je to zapravo dovoljno važno da opravda dodatnu složenost i cijenu.
Protiv čega se konvencionalni ležajevi zapravo bore
Kotrljajući-ležajevi - kuglični ili valjkasti tip - postižu nisko trenje kroz otvrdnute, precizno brušene kontaktne površine, ali "nisko trenje" nije "bez trenja", a trenje koje ostaje nije savršeno postojano. Statičko trenje u mirovanju veće je od dinamičkog trenja kada se ležaj pomiče, razlika poznata kao proklizavanje, i pokazuje se kao mali, ali stvarni diskontinuitet pozicioniranja svaki put kada faza krene iz mirovanja. Za opću strojnu obradu taj je diskontinuitet nevidljiv. Za sub-mikronsko pozicioniranje, to je mjerljivi izvor pogreške ponovljivosti.
Valjkasti{0}}ležajevi također se troše. Svaka rotacija uključuje mikroskopsko kontaktno naprezanje na sučelju kugličnog-trkača, a tijekom milijuna ciklusa, to naprezanje proizvodi mjerljivo trošenje - mijenjajući predopterećenje, uvodeći zračnost i postupno smanjujući ponovljivost koju je ležaj imao kada je bio nov. Podmazivanje pomaže, ali ne eliminira mehanizam; to je svojstveno načinu na koji ležaj radi.
Što zračni ležajevi strukturno mijenjaju
Zračni ležaj odvaja pokretni element od njegove referentne površine tankim filmom zraka pod stalnim pritiskom, obično debljine nekoliko mikrona. Nema kontakta kotrljanja, prijelaza-klizanja između statičkog i dinamičkog trenja i - kritično - nema mehanizma trošenja od samog djelovanja ležaja, budući da nema fizičkog kontakta koji stvara stres na kontaktnoj točki. Pokretni element u biti lebdi, ograničen zračnim pritiskom, a ne mehaničkim kontaktom.
Ovo proizvodi dvije izravne prednosti za precizno kretanje. Prvo, trenje postaje zapravo zanemarivo i dosljedno u cijelom rasponu kretanja, uklanjajući diskontinuitet klizanja koji ograničava ponovljivost kotrljajućeg-elementa pri vrlo finim koracima pozicioniranja. Drugo, budući da nema kontaktnog trošenja, precizne karakteristike zračnog ležaja ostaju puno dosljednije tijekom njegovog radnog vijeka nego valjkasti-ležaj - što je značajna prednost za opremu za koju se očekuje da održava kalibraciju tijekom godina kontinuirane upotrebe.
Gdje referentna površina postaje ograničavajući faktor
Evo dijela koji mijenja razgovor sa "zračni ležajevi u odnosu na konvencionalne ležajeve" na nešto specifičnije: vlastita preciznost zračnog ležaja je onolika koliko je dobra referentna površina na kojoj se vozi. Konzistencija zračnog filma ovisi o ravnosti i poroznosti te površine - svaka varijacija na površini izravno se pretvara u varijaciju krutosti i, u konačnici, pogrešku u pozicioniranju. Zbog toga se granit tako dosljedno pojavljuje kao referentni materijal zazračni nosivi sustavikonkretno, umjesto da bude slučajno uz tehnologiju.
Granitova fina, čvrsto zbijena kristalna struktura pretvara strojeve u ravnu referentnu površinu-poroznosti koja je dimenzionalno stabilna tijekom cijele radne smjene, ne-magnetna i ekonomična na većim površinama koje zahtijevaju mnogi XY stolovi-sa zračnim ležajevima i linearne motorne platforme. Tehnologija ležaja i referentni materijal nisu odvojene odluke u praksi - dobro-projektiran zračni ležaj na loše određenoj referentnoj površini ima slabije rezultate od osrednjeg ležaja na izvrsnoj.
Tamo gdje se trgovina-zapravo nalazi
Ništa od ovoga ne čini zračne ležajeve pravim izborom za svaku primjenu i vrijedi biti izravan u vezi s tim. Zračni ležajevi zahtijevaju kontinuirani, čisti, regulirani dovod zraka - što je ovisnost koju konvencionalni ležajevi jednostavno nemaju, a koja dodaje stvarnu infrastrukturu i tekuće troškove. Kapacitet opterećenja po jedinici površine općenito je niži od ekvivalentnog kotrljajućeg-ležaja, što znači da sustavi sa zračnim ležajevima često trebaju veću površinu ležajne podloge za podnošenje istog opterećenja. Za opće-namjensko gibanje gdje sub-mikronska ponovljivost nije zahtjev za vožnju, dobro-određeni-sustav kotrljajućih elemenata ostaje ekonomičniji i mehanički jednostavniji.
Ono gdje zračni ležajevi zarađuju posebno je u primjenama u kojima su-klizanje i dugotrajno-trošenje-vezano pomicanje stvarni ograničavajući čimbenici - visoko-precizni mjeriteljski stupnjevi, rukovanje poluvodičkim pločicama, sustavi optičkog poravnanja i druge primjene gdje ponovljivost pozicioniranja na sub-mikronskoj razini određuje zadovoljava li cijeli sustav specifikacije.
Što provjeriti prije specificiranja sustava zračnih ležajeva
Za kupce inženjeringa koji ocjenjuju sustave zračnih ležajeva, referentna površina zaslužuje podjednaku pozornost kao i sam hardver ležaja. Vrijedi izravno pitati: koji podaci o ravnosti i poroznosti podupiru citiranu granitnu ili keramičku referentnu površinu, kako se ta ravnost provjerava na cijelom radnom području, a ne kuponom za uzorak, i ima li dobavljač integrirano iskustvo u usklađivanju dizajna podloge ležaja s tom specifičnom referentnom površinom, umjesto da te dvije površine tretira kao komponente neovisnog izvora. Obrađujemo granitne referentne površine za primjene zračnih ležajeva kao dio naše precizne linije granita, a praktična lekcija iz tog rada je dosljedna - ležaj privlači pozornost u razgovoru o specifikacijama, ali površina na kojoj se vozi jednako je često stvarni ograničavajući faktor u performansama sustava.