エアベアリングの構造:
エアベアリングは内輪と外輪から構成されます。 外輪には空気の入口と出口の穴があり、内輪にはノズルがあります。 図に示すように:
エアベアリングの特徴と利点:
エアベアリングは、加圧ガスの薄膜を使用して表面間に低摩擦の耐荷重界面を提供する流体ベアリングです。 従来の工業用ベアリングと比較して、低摩擦、低損失、無潤滑の特性を備えています。 正確な位置決め (バックラッシュやスティクションがないなど) や高速アプリケーションにおいて明らかな利点があります。
- より高い精度:
空気圧の存在により、2 つの表面はほとんど非接触となり、磨耗の程度は最小限に抑えられます。 同時にエアベアリングによりラジアル方向、アキシャル方向の回転精度も非常に高く、常に安定した精度を実現します。
- 高速：
空気抵抗が小さいため、動作中の振動レベルを低く抑えながら高速化が可能です。 ベアリング内部の空間が小さく、エアベアリングの回転を妨げる摩擦が少ないため、動力損失や発熱も非常に少ないです。 一方、エアベアリング内部のせん断力が低いため、電力損失と発熱を最小限に抑えながら、極めて高い回転速度が可能になります。 回転速度は 300,000 rpm を超える場合があります。
- 低い振動:
空気抵抗と摩擦が少ないため、エアシャフトはよりスムーズに動作し、発生する振動はほとんど無視できます。
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温度はゆっくりと上昇します。
さまざまな要因（低摩擦、安定した空気の流れ、効率的な動力伝達など）により、スピンドルローターの熱影響は非常に小さくなります。 さらに、特殊な材料と構造方法の選択、および内部液体冷却ダクトにより、温度上昇がほぼ排除され、ウォームアップ段階が不要になります。
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長寿命:
エアベアリングは、金属同士が接触しないように内部設計されており、供給される空気が清浄で油や水が含まれていない場合、ベアリングの寿命は無限に保証されます。 さらに、エアベアリングはその動作の性質上、ベアリングの端から空気を常に除去しており、有害な外部汚染物質（原材料の破片や切削液など）の侵入を防ぐ自然な障壁を形成しています。 これにより、マシンの使用率が向上し、ダウンタイムが減少し、全体的な効率が向上します。
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もっと明確に:
ベアリング内部の主な動力源はガスであるため、グリースなどの物理的な潤滑材が使用されておらず、エアスピンドルの動作環境がよりクリーンになると同時に、エアベアリングが機械に悪影響を与えることもありません。外部の作業環境。 一方、ベアリング内のガスは唯一の潤滑剤として使用されるため、その純度の要件は比較的高くなります。
- メンテナンスの軽減:
前述の低振動、安定した温度維持、無給油などの特性により、軸受自体のメンテナンスはほとんど必要ありません。 通常、空気と水の供給が清潔に保たれていることを確認することのみが必要です。
分類：
エアベアリング（空気静圧軸受）は滑り軸受のカテゴリーに分類されます。 軸受の隙間、つまり互いに滑り合う表面の間に押し込まれる圧縮空気が潤滑媒体を形成します。 荷重を非接触で支える圧力クッションを確立するために使用されます。 圧縮空気は通常、コンプレッサーによって供給されますが、ベアリングの特性は供給される圧力レベルによって異なります。 この圧力は、エアクッションの剛性と減衰を可能な限り最高レベルにすることを目的としています。 空気の消費量とベアリング表面全体への空気の均等な分布が重要な役割を果たします。
従来のエアベアリングでは、圧縮空気は通常、少数の比較的大きなノズル (直径 0.1 - 0.5 mm) を介してベアリングのギャップに流れ込みます。 その結果、空気消費量はあまり柔軟ではなく、軸受特性を周囲のパラメータ（力、モーメント、軸受面積、軸受ギャップ高さ、減衰）に十分に調整することができません。 ノズル数が少ないにもかかわらず、ギャップ内の空気分布を最も均一にするためには、さまざまな設計措置を講じる必要があります。 ただし、これらはデッドボリューム、つまり非圧縮性の柔らかい空気ボリュームを作成します。 これらはエアベアリングのダイナミクスに非常に悪影響を及ぼし、騒音や自励振動を促進します。
プレチャンバーを備えたシングルノズル エア ベアリングには、エア ノズルの周囲の中央に配置されたチャンバーが見られます。 その面積は通常、支持面積の 3 - 20% を占めます。 プレチャンバーの深さがわずか約 1/100 mm であっても、これらのエアベアリングのデッドボリュームは非常に大きくなります。 最悪のシナリオでは、これらのシングルノズル エア ベアリングにはプレチャンバーの代わりに凹面ベアリング面しかありません。 他の欠点の中でも、これらのエア ベアリングはすべてチルト剛性が非常に低いことが挙げられます。
一般的な従来のエア ベアリングは、チャンバーとチャネルを備えて設計されています。 空気ノズルの数が限られているため、隙間に空気をうまく分散させながらデッドボリュームを減らすことを目指しています。 ほとんどの設計アイデアは、特別なチャネル構造に関連しています。
いわゆる焼結エアベアリングの多孔質ベアリング材料は、空気の均一な分布を確保することを目的としています。 ただし、デッドボリューム (材料内の空洞) が大きいことや、不規則な多孔性により空気が不均一に分布することが欠点として挙げられます。 これは、これらのエアベアリングのベアリング特性の変動が大きいことも説明します。 焼結エアベアリングは、システムの制限により、0 - 50 度の間の温度でのみ使用できます。
アプリケーション:
エアベアリングは上記の特性により、高速、低摩擦、高精度、放射線の分野で独特の利点を発揮します。 たとえば、宇宙船シミュレータでは現在、エア ベアリングが最も一般的に使用されており、CubeSat 衛星用のエア ベアリング ベースの姿勢シミュレータの作成には 3D プリンタが使用されています。 ガスベアリングは、ディスクドライブの製造や半導体シリコンウェーハの製造にも使用されます。