Page 321 - 《振动工程学报》2026年第5期

第 5 期 伍奕桦，等：多孔质可倾瓦气体轴承-转子系统的动力学特性试验研究 1525

材料作为节流器的静压气体轴承，能够使气体在轴 1.1 多孔质可倾瓦气体轴承 - 转子系统
承间隙内均匀分布，有效抑制轴承气膜间隙内旋涡
多孔质可倾瓦气体轴承-转子系统包括多孔质可
气流引发的微振动，解决气锤失稳问题，在提升系统
倾瓦气体轴承、多孔质气体推力轴承、轴承基座、刚
稳定性方面具有独特优势。因此，多孔质静压气体
性转子。转子材料为 42CrMo，表面进行镀铬处理，
轴承已成功应用于精密测量设备、精密机床和光刻
其直径为 30 mm，长度为 310 mm，质量为 2.246 kg。
系统等各种精密设备 [5-6] 。然而，高速旋转机械的转
转子上设有推力盘，转子两端分别装配冲击涡
速远高于精密设备，传统的静压气体轴承在高转速
轮和配重盘。冲击涡轮和配重盘通过螺母固定在转
状况下易产生对系统稳定性造成影响的次同步振
子上。转子重心处于其几何中心，冲击涡轮和配重
动。采用可倾瓦结构的静压气体轴承能够消除轴承
盘的端面设置了多个用于添加质量块的螺纹孔，螺
交叉刚度，从而获得比传统静压气体轴承更优的稳
纹孔至转子中心轴线的垂直距离为 20 mm。配重盘
定性 [7-8] 。
端面的螺纹孔与反光条如图 2 所示。其中，配重盘
多孔质可倾瓦气体轴承融合了可倾瓦轴承和多
端面反光条与光电转速传感器配合，实现转子转速
孔质气体轴承的特性 [9-10] ，其新颖的结构使其在高速
的非接触式测量。
旋转机械领域具有应用潜力 [11] 。近年来，国内外学

者 针 对 多 孔 质 可 倾 瓦 气 体 轴 承 展 开 了 相 关 研 究 。
0° 反光条
JIN 等 [6] 利用商用软件分析了多孔质可倾瓦气体轴
承参数对轴承静态特性的影响规律。FENG 等 [10] 构
建了多孔质可倾瓦气体轴承的静动态模型，分析了

供气压力对轴承刚度和阻尼系数的影响规律。SAN 20 mm
90°
ANDRÉS 等 [12] 通过试验探讨了多孔质可倾瓦气体轴 270°
承气体流量、摩擦扭矩和动态响应特性。
上述研究主要聚焦于多孔质可倾瓦气体轴承本 不平衡量
体。为更深入探究多孔质可倾瓦气体轴承-转子系 螺纹孔
180°
统的动态响应特性，本文搭建了多孔质可倾瓦气体
轴承-转子系统动力学特性测试平台，开展了转子系 图 2 配重盘螺纹孔与反光条实物图
统动力学特性的试验研究，分析了轴承供气压力和 Fig. 2 Photograph of the counterweight disk with threaded
转子系统不平衡量对转子系统动力学特性的影响规 holes

律，并验证了多孔质可倾瓦气体轴承在高速旋转机
两个多孔质可倾瓦气体轴承分别对称布置在转
械中应用的可行性。
子重心的两侧。一对多孔质气体推力轴承安装在推

力盘两侧，用于提供轴向约束。多孔质可倾瓦气体
1 多 孔 质 可 倾 瓦 气 体 轴 承 -转 子 系 统 轴承实物图如图 3 所示。轴承-转子系统示意图与参
考坐标系如图 4 所示。
多孔质可倾瓦气体轴承-转子系统动力学测试平

台主要包含以下几部分：多孔质可倾瓦气体轴承-转 多孔质材料 转子
子系统、供气系统和数据采集及数据处理系统，如
图 1 所示。
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多孔质 位移传感器 配重盘 转速传感器
可倾瓦轴承
数据处理系统

轴承瓦块

图 3 多孔质可倾瓦气体轴承实物图
Fig. 3 Photograph of a porous tilting pad gas bearing (PTPB)
涡轮
涡轮壳体 多孔质推力轴承 轴承基座 数据采集系统
1.2 供气系统与测试系统
图 1 轴承-转子系统动力学特性测试平台示意图
供气系统主要包括气体质量流量计、气动比例
Fig. 1 Schematic of the bearing-rotor system dynamic
characteristic test rig 阀、供气管路、气源和气体干燥、过滤装置。供气系