Wie funktioniert eine Luftlagervorspannung?

Ich habe in letzter Zeit in Luftlager gelesen und bin immer wieder auf den Begriff "Vorspannung" gestoßen. Online-Referenzen und Wikipedia geben an, dass eine Vorspannung das Lager so versteift, dass die Abweichungen geringer sind.

Ich vermute, dass die Vorspannung sicherstellt, dass der Luftspalt erhalten bleibt / nur geringe Abweichungen aufweist.

Ich habe jedoch Schwierigkeiten zu verstehen, wie das Hinzufügen von Kraft (Vorspannung) dabei helfen kann.

Der Grund ist, um Instabilität zu verhindern. Was ist Instabilität? Schauen wir uns ein einfaches Wellenzapfenlagersystem an.

Hier ist ein ideales System, bei dem sich eine Welle innerhalb eines Gleitlagers im Uhrzeigersinn dreht. Wie Sie sehen, ist die Exzentrizität Null. Beachten Sie, dass der Spalt zwischen Welle und Zapfen mit Öl oder bei Luftlagern mit Luft gefüllt ist.

Angenommen, das gesamte System dreht sich zu Beginn unbeladen. Infolge einiger Unregelmäßigkeiten (Unebenheiten, Stöße ...) nimmt die Exzentrizität zwischen der Welle und dem geometrischen Mittelpunkt des Gleitlagers zu. Hier sieht man in der Tat, dass sich die Welle nach rechts oben bewegt, die Richtung der Exzentrizität ist :$\theta = 38.78°$

Nun neigt die Druckverteilung dazu, die Welle gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, wobei der Druck bei enger Teilung am höchsten ist. Der sich ergebende Druck in engen Spalt ist . Wenn das Lager nicht vorgespannt ist, macht diese Kraft das System instabil, indem die natürliche Drehbewegung der Welle unterbrochen wird. Durch Vorspannung des Lagers in alle Richtungen (da diese Kraft zufällige Richtungen hat, weil die Unregelmäßigkeiten zufällig auftreten) wird die Kraft ausgeglichen und das System bleibt stabil.$F$$F$$F$$F$

Wenn die Winkelgeschwindigkeit der Welle niedrig genug und die Viskosität hoch genug ist, verschwindet die Störung automatisch und es ist keine Vorspannung erforderlich. Dies gilt jedoch nicht für hohe Winkelgeschwindigkeiten in Kombination mit niedriger Viskosität. Die Viskosität der Luft ist niedrig genug und die Luftlager werden normalerweise bei hohen Drehzahlen verwendet, so dass die Vorspannung unerlässlich ist.

Ich nehme an, dass die von ‚pre-load‘ sie einen Strömungs bedeuten setzen Beschränkung zwischen der Fluiddruckzufuhr und dem Lager. Dabei wird im Wesentlichen ein (großer) Fluidwiderstand zwischen die Druckversorgung (analog zur Spannungsquelle) geschaltet. Dies mag verschwenderisch erscheinen und den gesamten Druck durch diese Einschränkung abbauen. Das Ergebnis ist jedoch eine Durchflussrate, die im Grunde genommen LargePressure / LargeFluidResistance ist. dies ergibt einen nahezu konstanten Durchfluss, da am Lager fast nichts getan werden kann, was einem nahezu so hohen Strömungswiderstand entspricht wie diese (scheinbar verschwenderische) stromaufwärtige Einschränkung. Der Durchfluss bleibt relativ konstant (in Bezug auf Bewegungen am Lager). , wodurch das Lager mechanisch steif wird.