空气静压电主轴结合高速电主轴和气体轴承的特点,以其精度高、转速高、磨损小、清洁度高和运行平稳等优点,在精密和超精密数控加工机床中获得广泛应用。随着气体轴承理论研究和应用的发展,单纯研究气体轴承特性已经无法满足实际设计需求,应该充分考虑气体轴承和转子之间的相互耦合作用,尤其是转子运动对气体轴承-转子系统的影响。本文以空气静压电主轴为研究对象,对气体轴承-转子系统的流固耦合作用、转子不同倾斜状态对径向气体轴承承载力和刚度的影响进行研究,同时对电主轴进行动、静态加载实验,测试电主轴的动静态性能。通过建立气体轴承-转子系统的仿真模型,运用数值分析方法进行双向流固耦合仿真,分析了径向、轴向加载下气体轴承-转子系统的承载特性。研究结果表明,流固耦合过程中转子位移、轴承气膜压力和承载力都是动态变化过程;系统稳定平衡后,转子呈现倾斜状态,气膜厚度和压力分布不均匀;供气压力一定时,转子转速增高使转子径向位移有增大趋势,提高供气压力转子径向位移减小,可降低转子与径向轴承的碰撞几率。建立转子倾斜状态下径向气体轴承仿真模型,运用CFD方法对其进行流场仿真,分析了径向气体轴承在不同转子倾斜角、转速、气膜偏心率状态下,承载力和刚度的变化规律。研究结果表明,转子静止时大偏心率下的气膜承载力随倾斜角增大而减小;转子不同转速下气膜承载力随着倾斜角增大而增大,体现了动压效应对不均匀膜厚的影响;转子不同转速下气膜刚度随倾斜角增大而增大。搭建空气静压电主轴性能测试实验平台,采用非接触加载方式对空气静压电主轴进行动、静态径向加载实验,获得不同负载、供气压力、转速等工况下的转子轴端位移,并与流固耦合仿真数据进行对比分析,二者变化趋势一致,验证了流固耦合仿真的有效性。