针对高速动静压气体轴承气膜的复杂非线性动力学行为,搭建半球面螺旋槽动静压气体轴承转子试验台,以试验数据为基础,结合小扰动理论,对系统动态特性进行线性化分析,建立轴承转子系统动力学和运动学模型,构建基于振动数据的瞬态刚度阻尼计算方法,结合滑动平均法分析不同转速情况下转子偏心量、供气压力对轴承动态特性系数的影响规律。结果表明随着偏心量的增大气膜刚度和阻尼均有不同程度的增加;随着转速升高刚度持续增大,在31000r/min时先减小后趋于稳定、阻尼则呈线性增大趋势;随着供气压力的增大气膜刚度增大,阻尼则先升高后趋于稳定;供气压力在0.6MPa,偏心量为52μm,转速设定为31000r/min时可以保证较大刚度和阻尼,同时具有良好的稳定性。

基于气体轴承-转子系统的非线性响应,搭建气体轴承-转子系统振动测试试验台。结合时域图、频谱图和轴心轨迹图分析气体轴承-转子系统升速过程中运行状态的发展变化情况,研究系统运行过程中的非线性振动特性。分析不同供气压力对振型、振幅、频率、轴心轨迹和稳定性的影响,提出稳定性控制方法。结果表明调整动静压气体轴承供气压力,能够改变系统的动态特性,有效提高系统的固有频率,改善低频振动与固有频率耦合效应,提高转子失稳转速,推迟振荡失稳的产生,限制气膜振荡的幅值,能够有效的提高轴承-转子系统运行稳定性。