题目：径向静压空气轴承设计与数值模拟研究

空气轴承以其高转速、高精度和低摩擦的特点，已广泛应用于航空航天、机械工业和电子工业等领域。但空气轴承承载力小，刚度低的缺点限制了它的应用与发展。

本文为设计高承载力和刚度的空气轴承，对小孔节流径向静压空气轴承进行研究。介绍三种计算轴承性能方法，比较其优缺点，确定本文研究方法，分析轴承流场。采用CFD数值计算的方法研究不同参数变化对轴承性能的影响规律；高转速下轴承动压效应对流场和性能的影响；不同参数下轴承动压效应对性能的影响规律。最后优化轴承设计，建立轴承性能试验台，验证轴承优化效果。本文研究内容主要从以下几个方面展开：

分别介绍工程计算方法、基于Fortran编程计算和CFD数值计算方法。对同一轴承模型，采用上述三种方法分别计算轴承承载力和耗气量，比较三种方法的优缺点。本文研究选择CFD数值计算方法。根据计算结果，对轴承流场进行分析，重点分析不同节流孔结构内的气体速度压力变化。

利用CFD数值计算方法，研究不同节流孔结构参数、轴承结构参数和工作条件对轴承静止状态下承载力、刚度和耗气量的影响规律，根据轴承流场分析不同参数引起轴承性能变化的原因。小孔节流结构参数包括节流孔长度、节流孔直径、节流气腔深度和节流气腔直径，轴承结构参数包括轴承间隙、节流孔数和节流孔相对位置，工作条件包括偏心率和相对进气压力。结果表明：轴承间隙、节流孔径和工作条件对轴承性能影响较大，在轴承设计过程中要根据工作条件合理匹配各个参数，使性能最优。

高转速下，径向静压空气轴承转变为径向动静压混合空气轴承，其润滑方式为动、静压混合润滑，这就是“动压效应”。利用CFD数值计算方法，研究轴承动压效应对其承载力和耗气量的影响，分析动压效应对轴承流场的影响。结果表明：随着转速增大，轴承在x、y方向的承载力均增大，耗气量略有减小。

研究不同轴承间隙、偏心率和相对进气压力时，动压效应对轴承承载力和耗气量规律影响规律。结果表明：轴承间隙较小、偏心率偏大或偏小和进气压力较小时，轴承动压效应对轴承性能的影响较大。

根据数值计算结果，对原始轴承进行优化设计。选择合适的节流孔、轴承间隙参数和节流孔相对位置，优化后轴承无论是静止还是高转速下承载力均增大，耗气量均减小。设计空气轴承试验台，测量原始轴承与优化轴承在不同偏心率时与承载力的对应关系，验证优化效果。