本书汇集了多孔质气体静压轴承研究的最新进展及作者在该领域的研究成果，系统阐述了气体静压润滑理论和多孔质气体静压轴承建模及性能分析方法，揭示了轴承存在表面缺陷时的润滑机理，提出了静动压混合轴承的静动态特性分析以及轴承的热力学分析方法，详细分析了多孔质气体静压轴承-转子系统的动力学特性，着重介绍了兼具静压轴承与可倾瓦轴承优势的多孔质可倾瓦气体静压轴承技术，全方面讨论了多孔质可倾瓦气体静压轴承的静动态特性以及轴承-转子系统的动力学性能测试与试验研究。
本书可供机械工程专业的研究生学习，也可供从事轴承设计与装备研制的相关人员和工程技术人员参考。

前言
第1章　绪论 1
1.1　气体静压轴承技术 1
1.2　多孔质气体静压轴承技术 3
1.3　多孔质气体静压轴承的应用 6
1.4　多孔质气体静压轴承的技术难点 7
参考文献 8
第2章　多孔质气体静压轴承润滑基础理论 9
2.1　多孔质气体静压轴承润滑方程 9
2.1.1　多孔质内部气体流动模型 12
2.1.2　多孔质材料和限制层边界处气体流动模型 13
2.1.3　限制层和气膜边界处气体流动模型 13
2.1.4　无限制层时多孔质材料与气膜边界处气体流动模型 14
2.1.5　边界条件 14
2.2　多孔质气体静压轴承材料的渗透性与气体流量 15
2.2.1　渗透率对轴承气体流量的影响 15
2.2.2　多孔质材料厚度对轴承气体流量的影响 18
2.2.3　多孔质轴承的试验对比分析 19
2.3　多孔质气体静压轴承承载特性研究 20
2.3.1　多孔质气体静压轴承润滑模型求解 20
2.3.2　轴承承载特性试验结果对比 21
2.4　多孔质气体静压轴承气锤振动机理分析 25
2.4.1　气锤振动数值建模与分析 25
2.4.2　气锤振动试验验证 30
2.5　本章小结 41
参考文献 42
第3章　含缺陷的多孔质气体静压轴承润滑机理研究 44
3.1　含缺陷的多孔质气体静压轴承的分类与建模 44
3.1.1　多孔质轴承的缺陷分类 45
3.1.2　含缺陷的多孔质气体静压轴承建模 46
3.2　缺陷多孔质气体静压轴承承载特性分析 54
3.2.1　网格独立性验证 54
3.2.2　不同缺陷对气膜压力分布的影响 56
3.2.3　不同缺陷对轴承承载能力和刚度的影响 57
3.2.4　含缺陷的多孔质气体静压轴承试验研究 61
3.3　本章小结 64
参考文献 65
第4章　多孔质气体径向轴承静动态特性 66
4.1　多孔质气体径向轴承润滑方程 66
4.1.1　径向轴承润滑理论 67
4.1.2　多孔质层内部气体压力方程 68
4.1.3　气膜层的气体压力方程 70
4.1.4　气膜厚度方程 72
4.1.5　边界条件 72
4.2　静动态特性分析 73
4.2.1　高速多孔质气体径向轴承静动态特性求解 73
4.2.2　静态特性分析 75
4.2.3　动态特性分析 79
4.2.4　试验测量 80
4.3　本章小结 86
参考文献 86
第5章　多孔质气体静压轴承热力学分析 88
5.1　多孔质气体静压轴承的热流体润滑特性建模 88
5.1.1　热流体分析 88
5.1.2　转轴热分析 88
5.1.3　气膜处能量方程 89
5.1.4　多孔质材料和轴承套内部的能量方程 92
5.1.5　转轴热变形方程 94
5.1.6　热流体分析的收敛条件 94
5.2　多孔质气体静压轴承温度特性分析 95
5.2.1　轴承温度特性数值计算流程 95
5.2.2　不同工作条件下轴承的温升 96
5.2.3　转子热膨胀对轴承性能的影响 98
5.3　本章小结 100
参考文献 101
第6章　多孔质气体静压轴承转子动力学特性测试 102
6.1　转子系统实验台搭建 102
6.1.1　多孔质气体静压轴承-转子系统设计 102
6.1.2　供气系统设计 104
6.2　供气压力对转子系统的影响 105
6.3　不平衡量对转子系统的影响 109
6.3.1　同相加载试验 109
6.3.2　反相加载试验 114
6.4　不同试验条件下转子的响应模态 117
6.5　本章小结 120
参考文献 121
第7章　内嵌阻尼器的多孔质气体静压轴承转子动力学特性研究 122
7.1　内嵌阻尼器的多孔质气体静压轴承-转子系统建模 122
7.1.1　多孔质气体静压轴承-转子系统的工作原理 123
7.1.2　气体流动模型的建立 124
7.1.3　多孔质气体静压轴承-转子系统的受力和运动分析 126
7.1.4　数值求解方法和程序验证 127
7.2　不同阻尼材料对多孔质气体静压轴承-转子系统的影响 129
7.2.1　非线性分析数据图获取 129
7.2.2　绝对坐标系下不同O形圈材料的影响 130
7.2.3　相对坐标系下不同支承条件的影响 131
7.2.4　转子转速的影响 133
7.3　设计参数对多孔质气体静压轴承-转子系统的影响 136
7.3.1　O形圈数量的影响 137
7.3.2　供气压力的影响 137
7.3.3　轴承间隙的影响 138
7.3.4　多孔质渗透率的影响 140
7.4　转子试验 142
7.4.1　多孔质轴承 142
7.4.2　转子实验台 144
7.4.3　数据采集系统 145
7.4.4　理论和试验对比 145
7.5　激振试验 147
7.5.1　激振实验台 147
7.5.2　O形圈刚度和阻尼拟合 148
7.6　仿真验证 149
7.7　本章小结 149
参考文献 150
第8章　多孔质可倾瓦气体轴承静动态特性分析 152
8.1　轴承建模及求解 152
8.1.1　多孔质可倾瓦气体静压轴承静态特性的求解 152
8.1.2　多孔质可倾瓦气体静压轴承动态特性的求解 155
8.1.3　多孔质可倾瓦气体静压轴承的模型验证 157
8.2　多孔质可倾瓦气体轴承静压效应和动压效应作用机理 159
8.2.1　多孔质可倾瓦气体轴承的流场特性 159
8.2.2　多孔质可倾瓦气体轴承的支承特性 162
8.3　多孔质可倾瓦气体轴承的设计参数对轴承性能的影响 165
8.3.1　轴承间隙对静动态特性的影响 166
8.3.2　供气压力对静动态特性的影响 167
8.3.3　转动刚度与径向刚度对静动态特性的影响 169
8.4　本章小结 170
参考文献 170
第9章　多孔质可倾瓦气体静压轴承-转子系统非线性动力学分析 172
9.1　多孔质可倾瓦气体静压轴承-转子系统的理论模型 172
9.1.1　系统的非线性模型 173
9.1.2　系统的模型验证 175
9.2　多孔质可倾瓦气体静压轴承-转子系统非线性特性分析 176
9.2.1　多孔质瓦块的摆动分析 180
9.2.2　供气压力对稳定性的影响 184
9.3　多孔质可倾瓦轴承-转子系统参数对非线性特性的影响 187
9.3.1　转子质量对系统稳定性的影响 187
9.3.2　瓦块预载对系统稳定性的影响 189
9.3.3　瓦块的安装方式 190
9.4　本章小结 193
参考文献 193
第10章　多孔质可倾瓦气体静压轴承-转子系统动态响应特性
试验研究 195
10.1　多孔质可倾瓦气体静压轴承-转子系统动力学测试实验台 195
10.1.1　多孔质可倾瓦气体静压轴承-转子系统的组成 196
10.1.2　信号采集系统的组成 198
10.2　多孔质可倾瓦气体静压轴承-转子系统动力学试验结果分析 198
10.2.1　供气压力对气体流量与转子悬浮高度的影响 198
10.2.2　降速过程中转子系统动力学响应的影响分析 200
10.3　供气压力对系统动态响应特性的影响 202
10.3.1　4个瓦块的供气压力对系统动态响应特性的影响 202
10.3.2　上瓦块的供气压力对系统动态响应特性的影响 204
10.3.3　下瓦块的供气压力对系统动态响应特性的影响 206
10.3.4　供气压力对转子系统自由降速时间的影响 207
10.4　不平衡质量对系统动态响应特性的影响 208
10.5　本章小结 210
参考文献 211
第11章　封闭式挤压油膜阻尼器的特性分析 212
11.1　封闭式挤压油膜阻尼器的理论分析 212
11.1.1　封闭式挤压油膜阻尼器的结构 212
11.1.2　封闭式挤压油膜阻尼器的动力学模型 213
11.2　封闭式挤压油膜阻尼器动态特性试验 221
11.3　封闭式挤压油膜阻尼器动态特性结果分析 223
11.3.1　封闭式挤压油膜阻尼器动态特性理论预测 223
11.3.2　封闭式挤压油膜阻尼器动态特性试验研究 227
11.4　本章小结 240
参考文献 240
第12章　内嵌挤压油膜阻尼器的多孔质可倾瓦气体静压轴承
静动态特性分析 242
12.1　耦合挤压油膜阻尼器影响的轴承润滑理论 242
12.1.1　轴承的结构设计及模型构建 242
12.1.2　多孔质可倾瓦气体静压轴承与挤压油膜阻尼器的耦合模型 244
12.2　轴承静动态特性求解 245
12.2.1　轴承静态特性求解 245
12.2.2　轴承动态特性求解 245
12.3　轴承的静动态特性分析 246
12.3.1　载荷对轴承静动态特性的影响 246
12.3.2　阻尼器对轴承静动态特性的影响 249
12.3.3　间隙对轴承静动态特性的影响 252
12.3.4　供气压力对轴承静动态特性的影响 255
12.4　本章小结 257
参考文献 258
第13章　内嵌挤压油膜阻尼器的多孔质可倾瓦气体
静压轴承-转子系统研究 259
13.1　轴承及其转子系统测试实验台 259
13.1.1　轴承的结构设计 259
13.1.2　轴承-转子系统动态响应测试实验台 262
13.2　轴承-转子系统试验结果分析 264
13.2.1　轴承-N支承的转子系统动态响应测试分析 265
13.2.2　轴承-U支承的转子系统动态响应测试分析 268
13.2.3　轴承-L支承的转子系统动态响应测试分析 270
13.2.4　轴承-A支承的转子系统动态响应测试分析 272
13.3　本章小结 275
参考文献 276

随着现代工业技术向高精度、高速度、高可靠性和绿色环保方向的飞速发展，传统机械轴承使用时存在的摩擦损耗、温升效应、振动噪声以及极限转速受限等问题严重制约了高端装备的性能提升，尤其在航空航天、超精密加工、高速动力装备和半导体制造等领域，对支承技术的需求已完成从功能实现向性能卓越的跨越式转变。鉴于此，气体静压轴承凭借其非接触式润滑、低摩擦功耗、高运动精度和环境友好等显著优势，逐渐成为精密装备核心运动部件的理想选择。而多孔质气体静压轴承因其独特的节流形式、优异的承载和刚度特性及动态稳定性，迅速成为精密装备支承技术的核心解决方案，近年来备受学术界与工业界的关注。
尽管多孔质气体静压轴承展现出广阔的应用前景，其技术成熟度仍受限于若干关键瓶颈。首先，多孔质气体静压轴承的理论模型不完善，现有的理论模型未考虑多孔质材料内部的不规则孔隙结构对气体流动的影响，以及多孔质材料表面缺陷对于轴承气膜的影响，导致对轴承的性能计算不准确。其次，严重影响轴承稳定性的气锤振动与涡动失稳现象的本质机理尚未完全明晰，现有的轴承振动抑制策略多依赖经验性参数调整，轴承设计缺乏普适性的理论指导。最后，对于转子高速转动下的多孔质气体静压轴承-转子系统的动力学行为研究不足，轴承-转子系统的动力学特性直接影响装备整体的性能，需深入分析轴承-转子系统的动力学特性，以明确轴承的设计方向。针对上述挑战，本书汇集了作者及其团队在该领域近十年的研究成果，从气体静压润滑理论、轴承设计方法、性能测试技术和装备研制开发等多方面介绍多孔质气体静压轴承技术的工作原理、理论建模、试验方法与应用技术等，以期突破现有技术壁垒，推动多孔质气体静压轴承技术向智能化、高性能化方向演进。
本书的撰写立足于多孔质气体静压轴承技术的系统性研究，首先系统阐述了气体静压润滑理论和多孔质气体静压轴承建模及性能分析方法，揭示了轴承存在表面缺陷时的润滑机理，提出了静动压混合轴承的静动态特性分析以及轴承的热力学分析方法；然后详细分析了多孔质气体静压轴承-转子系统的动力学特性，进一步研究了内嵌阻尼器轴承结构的动力学特性；最后，针对工程应用对轴承高转速下高稳定性的需求，着重介绍了兼具静压轴承与可倾瓦轴承双重优势的多孔质可倾瓦气体静压轴承技术，设计轴承的高性能阻尼器，全方面讨论了多孔质可倾瓦气体静压轴承的静动态特性以及轴承-转子系统的动力学性能测试与试验研究。
作者在气体润滑领域的研究得到了国家重点研发计划课题（2020YFB2007600、
2021YFF0603000、2024YFB3410100）和工业和信息化部高质量专项（TC230H0AG-15）
的资助。本书的完成得益于湖南大学高端智能装备关键部件研究中心的老师和研究生们的大力协助和支持，特别是蔡深岭、平原、唐敏鹏、杨恩辉煌、姚黎云、陈浩宇、蒋纪强、王颖和彭博等，在此向他们致以衷心的感谢。还要感谢伍奕桦、王建伟、李健、安林、霍彦伟、朱友权、张云、霍彩娇、王思婧、张云和张康等在研究生学习期间所做的创造性工作，为本书提供了丰富的理论和试验支撑。同时，感谢湖南大学等科研机构在试验条件等方面的支持。
由于作者的知识和水平所限，书中难免存在疏漏之处，恳请读者不吝指正。最后，希望本书能够为从事气体润滑技术研究的学者、工程师及研究生提供启发，共同推动多孔质气体静压轴承技术在高端制造领域的跨越式发展。期待本书能成为一座连接理论研究与工程实践的桥梁，为精密支承技术的创新注入新的活力。
作　者