气体轴承的工作原理、特点及典型应用

气体动压轴承又称自作用轴承，相比于气体静压轴承，它不再需要外部气源供气系统，而是利用动压效应原理工作，如图3所示。

图3 动压润滑原理

两相对运动表面形成一定收敛间隙，运动表面的高速移动将具有黏滞性的气体带入楔形间隙产生压力升，进而产生作用于转子的承载力，承载力的大小随转速的增加而增加。楔形间隙、润滑气膜厚度及气体的黏滞性是形成动压效应的关键条件。由于摆脱了对气源供气系统的依赖，使得气体动压轴承结构简单、成本降低。但是，在启停阶段转速较低、动压效应较弱时，不足以产生作用于转子的支撑力，导致转子与轴承内壁接触，产生严重的摩擦磨损，直接影响轴承的寿命。此外，气体动压轴承还存在阻尼特性差，转子过临界难的问题。针对以上问题，研究者通过开发耐磨涂层或设计不同结构形式的轴承来解决此问题。其中比较有代表性的气体动压轴承结构形式有刻槽气体动压轴承、可倾瓦气体动压轴承、箔片气体动压轴承，如图4所示。

图4 典型气体动压轴承结构

刻槽气体动压轴承指在轴承或转子表面刻有不同槽型以改善承载特性与稳定性的一类气体轴承，刻槽的引入使得气体动压轴承气膜压力分布及刚度阻尼发生变化，进而获得较好的轴承特性；然而，此类轴承特性的改善对槽型依赖性较强，且提升效果有限。

可倾瓦气体动压轴承由多块可以绕其枢轴转动的轴瓦与轴承体组成，轴瓦可以自适应气膜力作用改变偏转状态，进而适应转子的运转状态，因此，此类轴承具有较高的稳定性，但其加工和理论分析相对较为困难。

箔片气体动压轴承是一种以单层或多层弹性金属箔片为柔性支承表面的自适应气体动压轴承，利用柔性支承结构弹性变形和库伦摩擦为轴承提供刚度和阻尼，具有较高的d_mn值；但承载力低、启停阶段摩擦磨损、高速稳定性及缺乏可靠的轴承性能预测和设计方法是此类轴承目前所面临的主要问题。

基于以上特点，目前气体动压轴承在空气循环机、高速涡轮机械、高速透平机械及超低温冷却系统中表现出优越的应用前景。

3、挤压膜气体轴承

4、结束语

除以上气体轴承类型外，不同工作原理的混合型轴承也被研究者相继提出，如动静压混合气体轴承、磁气混合轴承等。气体轴承不仅具有许多独特的优点，而且轴承形式多样，随着气体轴承理论与应用技术的研究逐步完善、日趋成熟，其在工业生产中也将发挥越来越大的作用。

（来源：轴承杂志社）

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