近年来,我国的航天事业蓬勃发展。随着需要发往空间的有效载荷越来越大,人们对火箭提出了低成本、高可靠性、大运载能力等要求。作为航天事业发展的基础和核心,火箭发动机氢氧涡轮泵是提高火箭发动机性能的关键所在。目前我国火箭发动机氢氧涡轮泵主轴用轴承使用的仍然是LH2低温轴承技术,而美国航天飞机主发动机和俄罗斯火箭氧涡轮泵率先使用气氢冷却轴承技术,简化了涡轮泵的结构,显著提高了发动机的性能。因此,对气氢冷却轴承的关键技术进行研究,建立气氢冷却轴承的技术体系,进而简化火箭发动机涡轮泵结构,提高火箭发动机推力和可靠性,最终提升我国航天事业在国际上的竞争力具有非常重要的意义。本文利用试验、检测和理论分析等方法,筛选出适用于气氢冷却轴承滚道表面改性的固体润滑薄膜材料,搭建了可以模拟气氢冷却轴承工况的轴承综合性能试验台,验证了固体润滑用于轴承表面改性的可行性,并最终完成了气氢冷却固体润滑轴承的试制。首先对气氢冷却轴承进行力-热综合分析,计算轴承内部的应力、相对滑动速度等参数,为之后的实验设计提供理论依据;之后进行基于气氢冷却轴承工况的固体润滑薄膜性能分析,分析固体润滑膜的厚度、弹性模量等参数对薄膜承载特性的影响,为轴承滚道表面改性固体润滑薄膜的选取提供理论依据。在UMT-3用标准盘上分别预镀DLC和C-MoS2薄膜,利用EDS分析薄膜成分,通过压痕/划痕实验测试两种固体润滑膜的硬度、弹性模量等固有力学性能。通过球盘对摩实验测试球盘间的摩擦系数,对比两种固体润滑薄膜的减摩效果和润滑寿命,筛选出满足气氢轴承滚道表面改性要求的固体润滑薄膜,利用SEM扫描电镜观察标准盘表面薄膜的划痕形貌,分析薄膜失效形式;利用拉曼光谱分析DLC薄膜在不同工况下的润滑机理,为固体润滑薄膜的实际应用提供理论基础。为了测试试制的气氢冷却轴承的服役性能,设计并搭建了气氢冷却轴承综合性能试验台,该试验台可以模拟气氢冷却轴承的实际工况,测试轴承在该工况下的服役性能,还可以测试轴承在轴向载荷下的摩擦力矩,台架最高转速可以达到30000r/min。建立了LabView数据采集程序,可以实现对轴承温度、摩擦力矩、轴向载荷等的实时监测和反馈、实验数据的存储以及示警等功能。之后通过台架性能测试实验,验证了台架设计的正确性和摩擦力矩测量的准确性。最后利用搭建的气氢轴承性能试验台和BRG-3000扭矩测量仪测试了不同工况下固体润滑和脂润滑对轴承的摩擦力矩和温度的影响,对比两种润滑方式的润滑减摩效果,验证了固体润滑用于轴承滚道表面改性的可行性,最终按照筛选出的固体润滑薄膜方案,试制了气氢冷却固体润滑轴承。