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气体轴承具有摩擦小、工作转速高、精度高和工作范围局限小等优点,因此已经在精密电子、航空航天和医疗器械等方面得到了广泛的使用。但由于气体轴承的工作状态基本处于非稳态下,轴承的轴线会偏离轴心而发生扰动,使轴承的性能发生改变,改变轴承—转子系统的传递系数,当轴转速增大到某一值时,轴承转子系统将会发生失稳和气膜涡动,而现有的气体轴承的稳态分析方法对其实际动态下的工况分析有较大的偏差,且气体轴承的动态特性也影响转子系统的动力学特征。 本文针对目前气体轴承的设计都是参考经验性的图表和实验的缺陷,研究气体轴承的动态特性理论。在本文中,气体轴承的动态特性用简化了的气膜力动态刚度系数和动态阻尼系数来表示,以静压气体轴承的静态Reynolds方程为基础,建立轴颈在小扰动下的动态特性模型,来分析气体轴承的动态特性系数。主要有以下四个方面。首先,建立动压气体径向轴承和静压气体径向轴承的动态模型,以气体轴承在静态下的Reynolds方程为基础,结合轴颈在小扰动下的动态气膜厚度,推导其动态Reynolds方程。其次,采用加权余量法和有限元法进行化简和离散气体轴承的动态Reynolds方程,并引入动态特性系数的计算。由于动态刚度系数和动态阻尼系数是定义在复数范围的,在求解时将其实部和虚部分开以分别求解并引入动态刚度系数和动态阻尼系数的计算方法。再次,分析并计算静压气体轴承在动态下的节流孔处流量。由于流量的经验公式适合于静态情况下,在动态下其值与动态气膜压力分布有关,在求解过程中需要对流量经验公式进行 Taylor展开。最后,运用Matlab编程求解动态Reynolds方程,并对轴颈扰动频率、偏心率、轴颈转速、平均气膜间隙等不同的轴承基本参数对高速气体轴承的动态特性系数的影响进行分析。 本文的研究成果将会极大地丰富高速气体轴承的设计及分析理论,不仅为高速气体轴承的研究提供了理论基础,而且还可以帮助专业人员在工程运用中更好地分析高速气体轴承发生失稳的临界转速和整个轴承-转子系统的稳定性。