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滑動(dòng)軸承的概念，可以追溯到春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，歷史資料記載，孔子在周游列國(guó)的路上讓弟子們?cè)谒笋R車的輪軸上涂油以減小行進(jìn)阻力。雖然當(dāng)時(shí)并沒(méi)有機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、流體潤(rùn)滑等科學(xué)技術(shù)，但智慧的勞動(dòng)人民通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑能夠起到減磨減阻作用。

經(jīng)過(guò)了幾千年的發(fā)展，滑動(dòng)軸承具備了承載范圍廣、工作平穩(wěn)、低噪聲、工作壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為各類旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)品的重要部件，常被用于能源發(fā)電、艦船動(dòng)力、航空航天、機(jī)械制造、石油化工等領(lǐng)域。

滑動(dòng)軸承工作時(shí)，重要的是軸瓦和軸頸之間形成的流體壓力潤(rùn)滑膜。流體壓力潤(rùn)滑膜一方面起到承載轉(zhuǎn)子的作用，調(diào)節(jié)油膜壓力可實(shí)現(xiàn)承載范圍的變化；另一方面具有粘性阻尼效應(yīng)的潤(rùn)滑液體充滿了軸頸和軸瓦之間，既減少了固體之間的磨損，又起到了減振降噪的作用，使得滑動(dòng)軸承能夠具有較長(zhǎng)的工作壽命。

滑動(dòng)軸承有很多的種類，一般按照潤(rùn)滑劑種類可分為油軸承、水軸承、脂潤(rùn)滑軸承、磁流體軸承、固體潤(rùn)滑軸承、氣體軸承和電磁軸承等；按照軸瓦結(jié)構(gòu)可分為圓軸承、橢圓軸承、多油葉/楔軸承、可傾瓦軸承和箔片軸承等?？筛鶕?jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的軸承。

圖1 不同種類的滑動(dòng)軸承

在各類滑動(dòng)軸承中，氣體軸承由于其潤(rùn)滑介質(zhì)為氣體（如空氣、氮?dú)獾龋?，使其具有更低的摩擦功耗、無(wú)污染、回轉(zhuǎn)精度高等優(yōu)點(diǎn)，在高速支承、低摩擦低功耗支承、高精度支承和特殊工況支承領(lǐng)域具有的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于精密儀器、醫(yī)療器械、高速微型動(dòng)力等領(lǐng)域。

我們今天就來(lái)給大家詳細(xì)介紹氣體滑動(dòng)軸承。

氣體軸承根據(jù)流體壓力潤(rùn)滑膜形成原理分為三大類，靜壓軸承、動(dòng)壓軸承和動(dòng)靜壓混合軸承。

氣體靜壓軸承是采用由外部氣源或設(shè)備供給的氣體（多為空氣）作為潤(rùn)滑介質(zhì)，經(jīng)過(guò)節(jié)流器進(jìn)入潤(rùn)滑間隙，形成氣膜壓力，以支承負(fù)載。氣體靜壓軸承按照其節(jié)流機(jī)制不同可分為小孔節(jié)流軸承、狹縫式節(jié)流軸承、多孔質(zhì)和表面節(jié)流軸承等。該類軸承具有較大的承載能力和剛度，在高速、低速以至零速時(shí)均能正常工作。

氣體動(dòng)壓軸承是在轉(zhuǎn)子軸頸和軸瓦兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面之間形成楔形間隙，氣體因本身粘性而被帶動(dòng)在此楔形間隙中被壓縮而產(chǎn)生壓力場(chǎng)，從而支承轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)。常見(jiàn)的氣體動(dòng)壓軸承類型有人字槽、階梯式、可傾瓦和箔片軸承。氣體動(dòng)壓軸承的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需外帶壓力氣源。

氣體動(dòng)靜壓混合軸承在結(jié)構(gòu)與性能上結(jié)合了靜壓軸承與動(dòng)壓軸承的優(yōu)點(diǎn)。

圖2 常見(jiàn)的氣體軸承

我國(guó)氣體軸承早應(yīng)用于空分機(jī)械、電主軸、陀螺儀、透平風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備，在70年代曾經(jīng)歷過(guò)一次空氣軸承研究和應(yīng)用的高潮，但由于技術(shù)水平受限，前沿技術(shù)未完全掌握，其軸承的可靠性差、制造成本高、壽命短，制約了氣體軸承技術(shù)的發(fā)展。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速持續(xù)發(fā)展與國(guó)家宏觀政策的支持，尤其是對(duì)高端制造業(yè)中關(guān)鍵核心部件的研發(fā)投入，以及節(jié)能降碳背景下新興產(chǎn)業(yè)（燃料電池空壓機(jī)、空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)等）的崛起，再加上近幾十年回國(guó)人員的人才政策導(dǎo)向，使得中國(guó)的高端氣體軸承進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。

中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)，以小孔節(jié)流的靜壓氣體軸承與螺旋槽動(dòng)壓氣體軸承為對(duì)象，開(kāi)展了氣體軸承設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究、氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能研究，以及氣體軸承在高速動(dòng)力裝備中的應(yīng)用研究。近幾年，圍繞以動(dòng)力循環(huán)工質(zhì)流體作為軸承潤(rùn)滑介質(zhì)的非典型滑動(dòng)軸承，尤其是超臨界二氧化碳工質(zhì)潤(rùn)滑的軸承，團(tuán)隊(duì)研究人員開(kāi)展了探索性的理論與實(shí)驗(yàn)研究。

超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)具有循環(huán)效率高、設(shè)備體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能、核能、化石能等多個(gè)能源領(lǐng)域，被認(rèn)為是當(dāng)前具有發(fā)展前景的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)之一。美國(guó)一位工程師曾提出一項(xiàng)類似的概念設(shè)計(jì)，擬采用動(dòng)靜壓混合超臨界二氧化碳潤(rùn)滑可傾瓦軸承作為兆瓦級(jí)超臨界二氧化碳渦輪機(jī)的中跨軸承。使用超臨界二氧化碳作為潤(rùn)滑工質(zhì)的軸承既能避免閉式循環(huán)工質(zhì)被污染，簡(jiǎn)化密封結(jié)構(gòu)，降低渦輪機(jī)軸系設(shè)計(jì)難度，同時(shí)，超臨界二氧化碳潤(rùn)滑軸承的功率損耗比相同結(jié)構(gòu)的油軸承低一個(gè)數(shù)量級(jí)，這也對(duì)提高布雷頓循環(huán)的整體效率有幫助。

團(tuán)隊(duì)研究人員基于超臨界二氧化碳作為軸承潤(rùn)滑工質(zhì)的特點(diǎn)，發(fā)展了一種完整變量擾動(dòng)的偏導(dǎo)數(shù)法，引入真實(shí)氣體效應(yīng)、熱物性變化和湍流效應(yīng)，揭示了熱效應(yīng)對(duì)超臨界二氧化碳軸承特性的影響機(jī)制。

軸承作為動(dòng)力設(shè)備的核心部件之一，其性能的優(yōu)劣制約著裝備的動(dòng)力學(xué)、可靠性與壽命。發(fā)展高端軸承，除了加強(qiáng)高校、科研院所的科技投入以外，發(fā)揮企業(yè)的自主能動(dòng)性是關(guān)鍵，尤其在軸承的材料與工藝的創(chuàng)新、關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)與驗(yàn)證、市場(chǎng)的資源配置等方面需要大量的投入；同時(shí)應(yīng)構(gòu)建政產(chǎn)研學(xué)用的高端軸承研發(fā)體系，引領(lǐng)中國(guó)高端軸承的快速發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)高端軸承國(guó)產(chǎn)化。

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來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所