气体箔片轴承在使用过程中能够提高系统效率和转速、降低系统污染,因此得到了广泛应用。随着旋转机械朝着高功率密度方向不断的发展,机器对于转速的要求也越来越高。然而,气体箔片轴承-转子系统在高转速下产生的次同步振动和转子过临界时产生的大幅同步振动是影响系统稳定性的两大因素,极大阻碍了轴承转子系统转速的进一步提升。为了有效抑制轴承转子系统的振动,提高系统的稳定性,本文创新性地提出PZT气体箔片主动轴承,通过在气体箔片轴承基底结构中引入PZT主动控制单元,改变轴承气膜形状来有效抑制轴承转子系统在高转速下的次同步振动与转子过临界时的大幅同步振动。此外,针对目前绝大部分气体箔片轴承实验台都无法为转子提供过临界运行状态的问题,设计搭建了柔性转子实验台,为该主动轴承在转子柔性状态下系统的稳定性研究提供实验台基础。本文主要工作如下:提出了PZT气体箔片主动轴承的概念并对其结构进行设计。PZT主动轴承在传统波箔型气体箔片轴承的基底结构中引入PZT主动控制单元,通过电压控制压电片的形变,并利用位移传递与放大机构将压电片的形变转化为气膜厚度的变化。该主动控制单元可以在轴承实际工作过程中对气膜厚度进行控制,可同时实现气体箔片轴承中连续气膜向三瓣式气膜的转变与气膜形状的改变,从而抑制转子次同步振动,提高系统的稳定性。为了得到最佳调控效果,针对PZT主动轴承中的位移传递与放大机构元件进行了铰链结构设计和静力学仿真、对PZT主动轴承的气膜压力分布进行计算,计算结果表明系统在40000rpm、载荷为100N的情况下,位移转换元件处的气膜抬起高度达到25微米左右能够使PZT主动轴承形成有效的三瓣式气膜。设计搭建了PZT气体箔片主动轴承-转子系统实验台并进行转子动力学特性实验。实验台主要由转子、PZT主动轴承、径向箔片轴承、推力轴承、电涡流位移传感器、热电偶温度传感器、信号采集系统、供气系统等组成,其中转子由涡轮驱动端、阶梯轴和自由端组成,为了防止转子的轴向窜动,在转子自由端设计了推力盘。实验台设计安装完成后对转子进行了多组40000rpm的降速实验,每组实验只改变压电片的输入电压值。之后对实验数据进行处理得到瀑布图,分析结果表明:在转速为40000rpm时,PZT主动轴承在150V的电压下工作能够形成明显的三瓣式气膜,有效地抑制次同步振动,大幅度提高系统的稳定性。设计搭建了可用于PZT气体箔片主动轴承转子系统过临界运行实验的柔性转子实验台。实验台设计主要包括:柔性转子实验台结构设计、实验台测试系统设计、径向气体箔片轴承设计、推力气体箔片轴承设计、驱动涡轮的参数设计。对设计之后的径向气体箔片轴承进行循环加载实验和起飞实验,循环加载实验结果显示轴承实际间隙偏大,通过垫shim的方式消除掉这一影响,起飞实验结果显示轴承的起飞转速约在8000rpm,并且起飞状况良好。之后,计算径向箔片轴承的刚度特性、阻尼特性,并将该参数代入轴承—转子系统中进行转子动力学分析,结果表明系统的一阶弯曲模态发生在30000rpm转速下。最后利用XL-ROTOR仿真分析转子的振动特性,并通过AF值来判断系统设计的合理性,计算结果显示AF值为2.38,符合设计要求。