Qu'est-ce que le coussin d'air ?

Construction du palier à air :

Le coussin d'air est composé d'une bague intérieure et d'une bague extérieure. Il y a des trous d'entrée et de sortie d'air sur la bague extérieure et des buses sur la bague intérieure. Comme le montre l'image :

Caractéristiques et avantages du coussin d'air :

Les paliers à air sont des paliers fluides qui utilisent un mince film de gaz sous pression pour fournir une interface porteuse à faible friction entre les surfaces. Comparé aux roulements industriels traditionnels, il présente les caractéristiques d'un faible frottement, d'une faible perte et d'une lubrification nulle. Il présente des avantages évidents en matière de positionnement précis (comme l'absence de jeu et de frottement) et d'applications à grande vitesse.

• Précision supérieure :

En raison de l'existence de la pression de l'air, les deux surfaces sont presque sans contact, de sorte que le degré d'usure est minimisé ; dans le même temps, le roulement à air offre également une précision de rotation radiale et axiale extrêmement élevée, garantissant que la précision est toujours stable.

• Grande vitesse:

Basé sur la faible résistance de l'air, il permet des vitesses plus élevées tout en maintenant un faible niveau de vibration pendant le fonctionnement ; l'espace à l'intérieur du roulement est petit et le frottement gêne moins la rotation du roulement à air, de sorte que la perte de puissance et la génération de chaleur sont également très faibles. D'autre part, les faibles forces de cisaillement à l'intérieur des paliers à air permettent des vitesses de rotation extrêmement élevées avec une perte de puissance minimale et très peu de génération de chaleur. La vitesse de rotation peut dépasser 300 000 tr/min.

• Moins de vibrations :

Moins de résistance à l'air et de friction rendent l'arbre à air plus fluide, de sorte que les vibrations générées sont presque négligeables.

• La température monte lentement :

Divers facteurs (tels qu'un faible frottement, un flux d'air stable et une transmission de puissance efficace) rendent l'effet thermique du rotor de broche très faible. De plus, le choix de matériaux et de méthodes de construction spéciaux, ainsi que les conduits internes de refroidissement du liquide, éliminent presque toute élévation de température, éliminant ainsi le besoin d'une étape de préchauffage.

• Longue vie:

Les roulements à air sont conçus en interne de manière à ce qu'il n'y ait aucun contact métal sur métal, et si l'air fourni est propre et exempt d'huile et d'eau, cela garantira une durée de vie infinie au roulement. De plus, en raison de la nature de leur fonctionnement, les paliers à air éliminent constamment l'air de l'extrémité du palier, ce qui forme une barrière naturelle pour empêcher l'entrée de polluants externes nocifs (tels que des fragments de matières premières ou du liquide de coupe). Cela augmente l’utilisation de la machine et réduit les temps d’arrêt, améliorant ainsi l’efficacité globale.

• Plus clair:

Étant donné que la principale source d'énergie à l'intérieur du roulement est le gaz, il n'y a pas de matériau lubrifiant physique tel que la graisse et la broche pneumatique a un environnement de fonctionnement plus propre, en même temps, le roulement à air n'aura pas d'effets négatifs sur le environnement de travail externe. D’un autre côté, étant donné que le gaz présent dans le roulement est utilisé comme seul lubrifiant, ses exigences en matière de pureté sont relativement élevées.

• Entretien réduit :

Les faibles vibrations mentionnées ci-dessus, le maintien stable de la température, l'absence de lubrification et d'autres caractéristiques ne nécessitent pas beaucoup d'entretien sur le roulement lui-même. Il suffit généralement de veiller à ce que les réserves d’air et d’eau restent propres.

Classification:

Les paliers à air (paliers aérostatiques) entrent dans la catégorie des paliers lisses. L'air comprimé poussé dans l'espace entre les paliers, c'est-à-dire entre les surfaces glissant les unes sur les autres, forme le fluide lubrifiant. Il est utilisé pour établir un coussin de pression qui supporte la charge sans contact. L'air comprimé est généralement fourni par un compresseur, bien que les caractéristiques des roulements dépendent du niveau de pression fourni. La pression vise à fournir le degré le plus élevé possible de rigidité et d'amortissement du coussin d'air. La consommation d'air et la répartition égale de l'air sur toute la surface d'appui jouent un rôle crucial.

Paliers à air conventionnels

Dans les roulements à air conventionnels, l'air comprimé s'écoule généralement dans l'espace du roulement via quelques buses relativement grandes (diamètre 0,1 - 0,5 mm). De ce fait, leur consommation d'air est peu flexible et les caractéristiques des roulements ne peuvent pas être suffisamment ajustées aux paramètres environnants (forces, moments, surface d'appui, hauteur de jeu des roulements, amortissement). Pour obtenir la répartition de l'air la plus uniforme possible dans l'espace malgré le petit nombre de buses, diverses mesures de conception doivent être prises. Ceux-ci créent cependant des volumes morts, c'est-à-dire des volumes d'air non compressibles et donc mous. Ils sont extrêmement préjudiciables à la dynamique du coussin d'air, favorisant le bruit et les vibrations auto-excitées.

Paliers à air à buse unique

Une chambre située au centre autour de la buse d'air peut être trouvée dans les paliers à air à buse unique avec une pré-chambre. Sa superficie occupe généralement 3 - 20 % de la surface d'appui. Même avec une profondeur de préchambre d'environ 1/100 mm seulement, le volume mort de ces coussinets à air est extrêmement important. Dans le pire des cas, ces coussinets à air à buse unique n'ont qu'une surface d'appui concave au lieu d'une préchambre. Entre autres inconvénients, tous ces coussinets d'air présentent une très mauvaise rigidité en inclinaison.

Coussinets à air avec chambres et canaux

Les coussinets à air conventionnels typiques sont conçus avec des chambres et des canaux. Compte tenu du nombre limité de buses d'air, elles visent à réduire le volume mort tout en répartissant bien l'air dans l'espace. La plupart des idées de conception concernent des structures de canaux spéciales.

Coussinets à air frittés

Le matériau poreux des paliers à air frittés est destiné à assurer une répartition uniforme de l'air. Les inconvénients incluent cependant un volume mort important (cavités dans le matériau) et une répartition inégale de l'air en raison de leur porosité irrégulière. Cela explique également les fortes fluctuations des propriétés des roulements à air. Les coussinets à air frittés ne peuvent être utilisés qu'à des températures comprises entre 0 - 50 degrés en raison des limitations du système.

Applications:

Les caractéristiques du palier à air mentionnées ci-dessus lui font montrer ses avantages uniques dans les domaines de la haute vitesse, du faible frottement, de la haute précision et du rayonnement. Par exemple, les simulateurs d'engins spatiaux utilisent désormais le plus souvent des paliers à air, et des imprimantes 3D sont désormais utilisées pour créer des simulateurs d'attitude basés sur des paliers à air pour les satellites CubeSat ; les roulements à gaz sont également utilisés dans la fabrication de lecteurs de disque et dans la fabrication de plaquettes de silicium semi-conductrices.