箔片气体轴承是一种自适应式柔性支承的动压轴承,它具有诸多的优点,能够解决传统油轴承在应用方面的许多限制,实现机械设备的“无油化”。目前在国外已成功在透平旋转机械、微型压缩机系统、空气循环系统等特殊领域得到应用,但是国内对于箔片气体轴承在实际应用方面的研究是比较少。因此本文依托于车用燃料电池用双叶轮空气压缩机的合作项目,探索利用箔片气体轴承技术搭建无油高速空气压缩机模拟实验台,用于研究箔片轴承应用在高速旋转机械领域的可行性。本文主要对以下几个方面进行了研究:(1)在传统旋转透平机械的基础上,使用箔片气体轴承作为转子系统的支承,提出一种无油高速空气压缩机模拟实验台的设计理念。同时还详细论述了实验台转子系统及附属结构的设计过程。(2)对第一代波箔型径向气体轴承和推力气体轴承结构参数的设计过程进行了详细的论述。首先利用经验公式和计算程序对轴承的承载能力和静动态特性分别进行了预测,然后通过建立有限元模型对转子系统的性能进行了分析。计算结果表明:转子系统各阶次临界转速没有在实验台所设计的工作转速范围内,而且在整个设计工作转速范围内转子系统将不会发生失稳的现象,在理论上完全满足设计要求。(3)对所设计的径向和推力箔片轴承进行了加工和简单的磨合实验,同时还搭建了专门用于研究径向箔片气体轴承特性的实验台,在变转速和变载荷的条件下对径向轴承进行了实验研究。其实验结果表明实验轴承的起飞转速一般在1 0,0 0 0 r p m左右,而且随着施加静载荷的增加而增大;实验轴承的摩擦阻力矩和温升也表现出随转速和载荷增加呈增大的趋势。(4)加工和搭建了无油高速空压机模拟实验台和测试系统。在不同的工作转速下对实验台进行多次实验,绘制了轴承温度特性图和转速图,并使用两个时域波形创建出不同实验条件下的轴心轨迹图。实验结果发现:转子系统同步振动量非常大;径向箔片轴承的顶箔表面有磨损痕迹存在,而推力箔片轴承没有出现明显的磨损。最后对转子性能和造成轴承出现磨损的原因进行了分析。