第1章 气体轴承的动力学和热力学
1.1 概 述
气体轴承在理论分析上比液体轴承复杂,主要原因有两方面:①气体轴承的Reynolds润滑方程是二阶非线性偏微分方程,在数学上还不能得到精确的解析解,即使采用数值计算,也相当困难。②气体轴承的分析不能单由Reynolds润滑方程解决,因为Reynolds润滑方程只决定动力学方面的问题,而有关的热力学问题,尚须补充热力学方程。但是准确地给出气体轴承的热力学方程是很难做到的,因为在气体润滑膜厚度只有几微米到十几微米的情况下,气体流动的主要特征就是黏性。润滑剂的黏性是滑动轴承产生承载能力的基本因素,所以任何滑动轴承的运转都离不开摩擦。使轴旋转的外部驱动功率,通过黏性摩擦转换为热能。这种摩擦热的一部分通过对流换热而传入轴承和轴系统的结构中,另一部分则成为气体润滑剂的内能。所以气体轴承内的热力学过程是一种不可逆的熵增加过程。准确地确定这种过程非常困难,因此通常的做法是采用两种假设的极端情况来得到轴承性能的上限和下限,此即所谓的理想绝热润滑和等温润滑,而真正接近实际情况的是介于这两者之间的多变过程。
气体润滑剂的可压缩性质决定了气体轴承与液体轴承的许多不同点:
(1)气体轴承的承载能力比液体轴承的低,但是气体轴承的摩擦很小,所以气体轴承非常适合于高速轻载的场合。
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