空气轴承是一种利用空气膜来支撑负载的轴承，其工作原理基于流体动力学和流体静力学的基本原理。空气轴承的主要组成部分包括轴承表面、供气系统和负载。其工作原理可以分为以下几个步骤：
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供气系统：空气轴承的供气系统通常由压缩空气源、过滤器、调节阀和喷嘴组成。压缩空气经过过滤和调节后，通过喷嘴以一定的压力和流量进入轴承间隙。
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空气膜形成：当压缩空气进入轴承间隙时，由于轴承表面的几何形状（如平面、球面或圆柱面）和空气的粘性作用，空气在轴承表面之间形成一个稳定的空气膜。这个空气膜的厚度通常在几微米到几十微米之间。
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负载支撑：空气膜的形成使得轴承表面与负载之间形成了一个几乎无摩擦的接触界面。由于空气膜的压力分布，负载被均匀地支撑在空气膜上。这种支撑方式使得空气轴承能够承受垂直方向的负载，并且在水平方向上几乎无摩擦。
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稳定性与精度：空气轴承的空气膜具有很高的刚度和稳定性，因此能够提供极高的运动精度和稳定性。这使得空气轴承在需要高精度定位和低摩擦的应用中具有显著优势。
案例分析：
在半导体制造设备中，空气轴承被广泛应用于精密定位平台。例如，在光刻机中，空气轴承用于支撑和定位硅片工作台。由于光刻机需要将光刻图案精确地转移到硅片上，因此对工作台的定位精度要求极高。使用空气轴承的工作台能够在纳米级精度下进行平移和旋转，确保光刻图案的精确对准。
另一个案例是在高精度测量仪器中，如坐标测量机（CMM）。CMM需要对工件进行三维测量，其测量精度直接影响到产品质量。空气轴承被用于支撑测量探头和工件平台，确保在测量过程中探头与工件之间的摩擦最小，从而提高测量精度。
总结：
空气轴承通过形成稳定的空气膜来支撑负载，具有无摩擦、高精度和高稳定性的特点。其在半导体制造、精密测量和高精度机械设备中有着广泛的应用。