氣體軸承的工作原理、特點及典型應用

氣體動壓軸承又稱自作用軸承，相比于氣體靜壓軸承，它不再需要外部氣源供氣系統，而是利用動壓效應原理工作，如圖3所示。

圖3 動壓潤滑原理

兩相對運動表面形成一定收斂間隙，運動表面的高速移動將具有黏滯性的氣體帶入楔形間隙產生壓力升，進而產生作用于轉子的承載力，承載力的大小隨轉速的增加而增加。楔形間隙、潤滑氣膜厚度及氣體的黏滯性是形成動壓效應的關鍵條件。由于擺脫了對氣源供氣系統的依賴，使得氣體動壓軸承結構簡單、成本降低。但是，在啟停階段轉速較低、動壓效應較弱時，不足以產生作用于轉子的支撐力，導致轉子與軸承內壁接觸，產生嚴重的摩擦磨損，直接影響軸承的壽命。此外，氣體動壓軸承還存在阻尼特性差，轉子過臨界難的問題。針對以上問題，研究者通過開發耐磨涂層或設計不同結構形式的軸承來解決此問題。其中比較有代表性的氣體動壓軸承結構形式有刻槽氣體動壓軸承、可傾瓦氣體動壓軸承、箔片氣體動壓軸承，如圖4所示。

圖4 典型氣體動壓軸承結構

刻槽氣體動壓軸承指在軸承或轉子表面刻有不同槽型以改善承載特性與穩定性的一類氣體軸承，刻槽的引入使得氣體動壓軸承氣膜壓力分布及剛度阻尼發生變化，進而獲得較好的軸承特性；然而，此類軸承特性的改善對槽型依賴性較強，且提升效果有限。

可傾瓦氣體動壓軸承由多塊可以繞其樞軸轉動的軸瓦與軸承體組成，軸瓦可以自適應氣膜力作用改變偏轉狀態，進而適應轉子的運轉狀態，因此，此類軸承具有較高的穩定性，但其加工和理論分析相對較為困難。

箔片氣體動壓軸承是一種以單層或多層彈性金屬箔片為柔性支承表面的自適應氣體動壓軸承，利用柔性支承結構彈性變形和庫倫摩擦為軸承提供剛度和阻尼，具有較高的d_mn值；但承載力低、啟停階段摩擦磨損、高速穩定性及缺乏可靠的軸承性能預測和設計方法是此類軸承目前所面臨的主要問題。

基于以上特點，目前氣體動壓軸承在空氣循環機、高速渦輪機械、高速透平機械及超低溫冷卻系統中表現出優越的應用前景。

3、擠壓膜氣體軸承

4、結束語

除以上氣體軸承類型外，不同工作原理的混合型軸承也被研究者相繼提出，如動靜壓混合氣體軸承、磁氣混合軸承等。氣體軸承不僅具有許多獨特的優點，而且軸承形式多樣，隨著氣體軸承理論與應用技術的研究逐步完善、日趨成熟，其在工業生產中也將發揮越來越大的作用。

（來源：軸承雜志社）