气体静压支承技术在尖端军用武器、精密光学元器件和航天航空等超精密制造领域具有重要应用。目前,对静压轴承的承载力、刚度等静态特性的研究已经趋于成熟。然而,实验研究结果表明:在一定条件下,轴承会发生自激振动或者称“气锤”振动,在不同参数的影响下,其振动幅值和振动频率并不固定。相较于气浮轴承的微振动,气锤振动幅值较大并伴随持续的啸叫声,是一种非稳态的破坏性振动,严重时会导致抱轴、轴承损坏而无法正常工作。国内外学者针对气体静压轴承气膜流场的仿真、静态特性、气锤振动仿真和实验进行了相关研究,但对气锤振动一现象并未达成统一的看法。因此,上述问题还需更进一步的研究和探索。论文主要研究内容如下:(1)基于MATLAB的轴承气膜流场建模及分析。根据Navier-Stokes方程、质量守恒方程和气体状态方程及其简化假设,推导了适用于小孔节流静压轴承气膜的二维Reynolds方程。基于有限差分法离散了气膜流场计算域并在MATLAB中编制了小孔节流止推轴承压力分布的数值求解程序。将仿真结果与已有文献结果对比验证,分析了轴承节流孔直径、数量和供气压力等参数对轴承静态特性的影响规律,为瞬态流场和气锤振动仿真奠定基础。(2)基于MATLAB的轴承气锤振动仿真分析。建立轴承-气膜-主轴系统的动力学模型,使用小扰动法分离气膜稳态压力,得到了瞬态压力波动分布方程,联系气膜流场瞬态压力分布方程与轴承动力学方程建立了流场-力场的耦合数学模型。编制了轴承气锤振动的MATLAB数值仿真程序,同时迭代求解气膜流场压力波动和主轴的轴向速度、位移,分析轴承参数及气源属性对气锤振动的影响规律,得到不同参数影响下轴承的稳定域。(3)小孔节流静压止推轴承承载力实验和气锤振动实验研究。在不同供气压力下,测试了小孔与环面节流轴承的承载力随气膜偏心率的变化曲线,对照仿真结果,验证轴承气膜流场压力分布模型的正确性。基于搭建的静压轴承气锤实验平台,测量了气锤振动过程中主轴的加速度时域数据,总结了轴承参数及气源参数(压力和波动)对静压轴承气锤振动曲线的实际影响规律,将测量结果和仿真结果进行对比,验证了流场-力场耦合模型和气锤振动数值仿真计算结果的正确性。