空气轴承是一种利用非接触式系统的轴承，其中气膜（通常是空气）作为润滑剂，在相对运动中将两个表面分开——通常是旋转轴和固定的径向轴颈或轴向推力轴承。独特的设计创造了一个无摩擦的表面，使运动部件能够无缝运行而不会产生磨损。
空气轴承与滚珠轴承
为了追求更高的生产率、更高的精度和更长的产品寿命，机床和机械臂 OEM 不断突破其设备中配备的主轴技术的极限。
传统的轴承系统，通常是滚珠轴承，无法始终提供这些行业所需的非常高的速度，同时仍保持高旋转精度、热稳定性和长使用寿命。这主要是由于滚珠和滚道之间的机械接触，这会导致快速磨损和在高 D/N 比下产生过多的热量，从而导致精度损失，甚至轴承过早失效。
此外，许多先进行业需要无油轴承系统以避免工件污染，尤其是在洁净室应用中。
空气轴承技术
对于许多高科技行业来说，空气轴承主轴是完美的解决方案。
空气轴承技术主要有两种;
空气静压空气轴承
- 外部加压：在压力下在两个保持距离的表面之间供应单独的外部空气。
- 它是一个连续流系统，其中来自源头的加压气体通过限流器流入轴承表面之间的间隙，从轴承的外边缘逸出到大气中。
- 空气静压轴承设计中使用了几种类型的限流器：简单孔口、袋式孔、槽口和多孔。图 1 中的以下部分显示了典型的孔口轴颈轴承设计。
图 1
空气静压轴颈和轴向轴承
空气静压空气轴承
- 自生成：支撑膜是由两个表面的相对运动产生的。
- 空气动力轴承可以有多种类型。轴颈轴承和轴向轴承的设计特性差异很大，并且它们可能会遇到不稳定的问题。
- 类型：简单圆柱体、三叶、沟槽（轴向/人字形/螺旋形）和阶梯式。
三叶空气动力学轴承
获得专利的空气动力学径向轴承由一个圆柱轴组成，该轴在非圆形轴颈内旋转，在本例中为三叶轴，一旦轴以足够的速度旋转，就会产生高压区域（轴最靠近轴颈的位置）。轴颈上的低摩擦涂层可在形成气膜之前保护初始接触摩擦。
通过空气动力学径向轴承的横截面
图 2
空气动力学轴向轴承显示螺旋槽
图 3
空气轴承主轴 – 基本原理
典型的高速空气轴承的结构如下图 4 所示。在这种特殊设计中，轴向轴承或推力轴承位于主轴的前部，并集成到前径向轴颈轴承中。电机转子位于两个径向轴承之间，整个主轴体被水冷夹套包围。通过沿着蓝色箭头穿过主轴，可以图解地看到气流。
空气轴承PCB钻孔和布线系列主轴的剖面图
图 4
空气轴承的精密制造
为了使空气轴承正常运行，必须按照极其精确的公差制造它们。图 5 中的图表将典型空气轴承径向游隙的相对大小与一些其他更知名的物体（如人的头发和灰尘颗粒）进行了比较。
图 5
空气轴承和凸轮分割器
空气轴承（气浮轴承）和凸轮分割器在机械系统中通常用于不同的功能，但它们可以在某些应用中相互配合，以实现特定的机械运动控制。以下是它们之间的一些联系：
- 精密控制：空气轴承因其高精度和低摩擦特性，常用于需要精密控制的场合。凸轮分割器则用于将连续旋转运动转换为间歇性的步进运动，以实现精确的定位。两者结合可以在自动化设备中实现精确的定位和运动控制。
- 高速性能：空气轴承能够在高速下运行而不受传统轴承那样的摩擦和磨损限制。凸轮分割器在高速应用中也非常重要，尤其是在需要快速精确定位的场合。
- 减少维护：空气轴承由于其非接触或少维护的特性，减少了维护需求。凸轮分割器通常也设计为低维护，这使得两者在需要减少停机时间和维护成本的应用中非常受欢迎。
- 应用领域：在某些自动化生产线、机器人技术、精密测量设备等领域，空气轴承和凸轮分割器可以共同使用，以实现复杂的运动序列和精确的同步控制。
- 减少振动和噪音：空气轴承由于其运行平滑，可以减少振动和噪音。凸轮分割器在设计时也考虑到减少振动和噪音，两者结合可以提供更安静的工作环境。
- 定制解决方案：在特定的自动化应用中，空气轴承和凸轮分割器可以根据特定的运动要求进行定制，以满足特定的设计和性能标准。
- 系统集成：在某些复杂的机械系统中，空气轴承和凸轮分割器可以作为系统集成的一部分，与其他机械组件（如伺服电机、传感器等）一起工作，以实现复杂的运动控制和自动化任务。
总的来说，空气轴承和凸轮分割器在设计和功能上是独立的，但它们可以在特定的应用中协同工作，以提供高效、精确和可靠的机械运动解决方案。