專欄導(dǎo)讀

靜壓軸承（包括氣體靜壓軸承和液體靜壓軸承）是高端制造及測量裝備的核心功能部件，也是目前國際學(xué)術(shù)界的研究前沿與熱點。《機械工程學(xué)報》編輯部特邀華中科技大學(xué)陳學(xué)東院士擔(dān)任客座主編，中國工程物理研究院機械制造工藝研究所崔海龍研究員擔(dān)任客座編輯，共同策劃出版“高性能靜壓軸承”專欄，廣邀本領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者結(jié)合自身科研實踐，介紹最新研究進(jìn)展、總結(jié)學(xué)科發(fā)展脈絡(luò)及面臨的挑戰(zhàn)，在廣泛開展學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)科研成果傳播的同時，吸引更多的青年科學(xué)工作者參與，探討研究當(dāng)前這一領(lǐng)域存在的基礎(chǔ)理論問題與關(guān)鍵技術(shù)難題，能夠有效促進(jìn)高性能靜壓軸承的設(shè)計與研發(fā)，并引領(lǐng)這一領(lǐng)域的快速發(fā)展。專欄共收錄論文12篇，本期推送后6篇。專欄已于《機械工程學(xué)報》2025年5期正式出版。

客座專家團(tuán)隊

陳學(xué)東，中國工程院院士，中國“長江學(xué)者”特聘教授，入選“國家百千萬人才工程”，長期從事機械動力學(xué)設(shè)計與控制、機器人技術(shù)研究，面向極限運動精度、極端工況環(huán)境的高端裝備研制的重大需求，突破了超精裝備控精度、動載裝備減振動、重載裝備抗沖擊及無人裝備增能效的關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了納米精度工作臺、準(zhǔn)零剛度減振器、跨域移動機器人、超深鉆機設(shè)計與試驗系統(tǒng)等，應(yīng)用于某IC制造裝備、尖端機載儀器裝備、全球首臺極地超深鉆機等。獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎2項、國家科技進(jìn)步二等獎1項、第十四屆光華工程科技獎等。

崔海龍，主持國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等多個項目，圍繞高性能靜壓軸承系統(tǒng)地開展基礎(chǔ)理論研究及關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，研究成果形成學(xué)術(shù)論文60余篇，其中SCI/EI期刊論文40余篇，授權(quán)國家專利30余項；擔(dān)任International Journal of Extreme Manufacturing等國際知名期刊編委，入選國家“優(yōu)青”、中國科協(xié)“青年托舉人才工程”、四川省“杰青”等。

01

彈性節(jié)流器空氣靜壓徑向軸承的動態(tài)性能研究

引用格式:陳東菊, 張璇, 潘日, 孫錕, 范晉偉. 彈性節(jié)流器空氣靜壓徑向軸承的動態(tài)性能研究[J]. 機械工程學(xué)報, 2025, 61(5): 74-86.

論文亮點：

• 引入彈性節(jié)流器改善氣浮軸承性能：針對空氣靜壓軸承因氣體潤滑介質(zhì)導(dǎo)致的剛度低、穩(wěn)定性差問題，提出在軸承中引入彈性節(jié)流器，采用雙向流-固耦合方法對其進(jìn)行建模與分析，獲得在靜態(tài)平衡狀態(tài)下的動態(tài)系數(shù)；

• 構(gòu)建軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)并開展動態(tài)響應(yīng)分析：基于氣膜非線性特性建立帶彈性節(jié)流器的空氣靜壓主軸動力學(xué)模型，通過主軸振動信號的時域與頻域分析，將其與傳統(tǒng)空氣靜壓軸承對比，驗證其在動態(tài)性能上的改進(jìn)；

• 驗證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并提升振動抑制能力：研究彈性節(jié)流器在流-固耦合下的應(yīng)力應(yīng)變與變形情況，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)可使主軸振動位移降低超12%，有效提升共振頻率、減小諧振帶寬，具有良好穩(wěn)定性與顯著的動態(tài)性能優(yōu)化效果。

閱讀全文：

02

真空環(huán)境下微孔節(jié)流氣體靜壓止推軸承靜動態(tài)特性

引用格式:寇新俊, 于賀春, 臧立彬, 李廣平, 侯月婷, 李鵬, 張國慶, 侯瑋杰. 真空環(huán)境下微孔節(jié)流氣體靜壓止推軸承靜動態(tài)特性[J]. 機械工程學(xué)報, 2025, 61(5): 87-96.

論文亮點：

• 真空環(huán)境對氣膜特性的影響：研究發(fā)現(xiàn)，真空環(huán)境下環(huán)境壓力降低會增大氣膜內(nèi)外壓差，從而提高軸承的承載力，但同時使氣膜內(nèi)壓力下降速率加快、氣體流速增大，改變了氣膜流場特性；

• 軸承靜動態(tài)性能變化規(guī)律：通過仿真與試驗驗證，揭示了不同環(huán)境壓力下軸承靜動態(tài)性能的變化規(guī)律，表明真空環(huán)境雖提升了承載能力，但也帶來動態(tài)穩(wěn)定性下降的問題；
  

• 真空氣浮技術(shù)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)：真空條件下軸承更易產(chǎn)生自激振動，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行，該研究為實現(xiàn)高保真微低重力模擬試驗中軸承性能優(yōu)化與穩(wěn)定性控制提供了理論基礎(chǔ)和工程指導(dǎo)。

閱讀全文：

03

多孔質(zhì)可傾瓦動靜壓氣體推力軸承靜態(tài)特性理論與試驗研究

引用格式:石明輝, 夏勇杰, 張紹林, 郭紅, 吳培飆. 多孔質(zhì)可傾瓦動靜壓氣體推力軸承靜態(tài)特性理論與試驗研究[J]. 機械工程學(xué)報, 2025, 61(5): 97-107.

論文亮點：

• 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與建模方法：針對傳統(tǒng)多孔質(zhì)氣體推力軸承結(jié)構(gòu)單一的問題，提出新型柔性鉸鏈可傾瓦動靜壓結(jié)構(gòu)，基于達(dá)西定律、N-S方程等建立靜態(tài)特性分析模型，為動靜壓耦合特性建模提供新路徑；

• 靜態(tài)特性影響因素分析：研究表明，軸承承載力隨供氣壓力增大而增強，隨名義間隙增大而減弱，轉(zhuǎn)速對承載力和氣體流量的影響表現(xiàn)出復(fù)雜的非線性趨勢，且具備削弱靜壓效應(yīng)的特性，尤其在間隙較小時更為敏感；

• 實驗驗證與應(yīng)用價值：實驗結(jié)果與理論模型吻合良好，驗證了模型合理性。研究成果為多孔質(zhì)動靜壓氣體推力軸承在高精度、高穩(wěn)定性工程中的推廣應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)與設(shè)計參考。

閱讀全文：

04

硅片磨床用空氣靜壓主軸動態(tài)特性研究

引用格式:徐嘉慧, 康仁科, 朱祥龍, 董志剛, 李猛. 硅片磨床用空氣靜壓主軸動態(tài)特性研究[J]. 機械工程學(xué)報, 2025, 61(5): 108-116.

論文亮點：

• 磨紋形成機理與主軸動力學(xué)建模：基于功率譜密度分析揭示硅片磨削后磨紋的頻率特征，結(jié)合主軸結(jié)合面剛度與磨削力因素，建立空氣靜壓主軸轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型，推導(dǎo)轉(zhuǎn)子頻率與軸向、徑向剛度的關(guān)系，明確剛度對磨紋影響機理；

• 剛度敏感性分析與優(yōu)化指標(biāo)確定：仿真結(jié)果顯示徑向剛度對磨紋幅值影響更為敏感。提出優(yōu)化設(shè)計范圍：軸向剛度為800～1 000 N/μm，徑向剛度為90～110 N/μm，可使轉(zhuǎn)子頻率穩(wěn)定于300～410 Hz，有效抑制磨紋產(chǎn)生；

• 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與性能提升驗證：基于理論分析設(shè)計改進(jìn)型主軸轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)磨紋幅值降低20 nm的性能提升，為硅片磨床用高性能空氣靜壓主軸設(shè)計提供重要工程參考和設(shè)計依據(jù)。

閱讀全文：

05

O型圈對多孔質(zhì)軸承-轉(zhuǎn)子實驗臺穩(wěn)定性的影響

引用格式:張康, 胡海東, 郭明慧, 崔海龍, 黃禹, 榮佑民. O型圈對多孔質(zhì)軸承-轉(zhuǎn)子實驗臺穩(wěn)定性的影響[J]. 機械工程學(xué)報, 2025, 61(5): 117-125.

論文亮點：

• 工作原理與阻尼特性分析：系統(tǒng)闡述了多孔質(zhì)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)及O型圈阻尼結(jié)構(gòu)的工作原理。通過激振實驗，測得不同材料O型圈的動態(tài)剛度與阻尼特性，發(fā)現(xiàn)剛度越大的材料具有更高的阻尼性能，為優(yōu)化系統(tǒng)動態(tài)特性提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐；

• 系統(tǒng)穩(wěn)定性影響因素研究：開展轉(zhuǎn)子實驗，分析旋轉(zhuǎn)速度、供氣壓力和O型圈材料對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，供氣壓力對同步振動幅值影響較小，但在高轉(zhuǎn)速下可有效抑制次同步振動，提升系統(tǒng)運行穩(wěn)定性；

• 材料對系統(tǒng)穩(wěn)定性的差異性作用：比較VMQ、SBR、HNBR三種O型圈材料性能，發(fā)現(xiàn)VMQ具備最佳穩(wěn)定性，能在高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)維持同步幅值約1μm的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)；SBR穩(wěn)定性最差，易激發(fā)次同步振動；HNBR性能居中，體現(xiàn)出O型圈材料在多孔質(zhì)軸承系統(tǒng)動態(tài)性能中的關(guān)鍵調(diào)控作用。

閱讀全文：

06

基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的液體靜壓軸承重復(fù)控制技術(shù)研究

引用格式:孫文龍, 潘偉, 向紹通, 張藝馨, 張聰, 路長厚. 基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的液體靜壓軸承重復(fù)控制技術(shù)研究[J]. 機械工程學(xué)報, 2025, 61(5): 126-137.

論文亮點：

• 重復(fù)控制原理在液體靜壓軸承中的應(yīng)用：重復(fù)控制（RC）是一種基于周期誤差補償?shù)目刂撇呗裕m用于可重復(fù)操作的系統(tǒng)。液體靜壓軸承轉(zhuǎn)子的徑向位移在水平和豎直方向上具有明顯周期性，具備采用RC實現(xiàn)振動抑制和軸心軌跡跟蹤的應(yīng)用基礎(chǔ)。然而，該類系統(tǒng)存在耦合關(guān)系，且受非周期擾動（如加工誤差、環(huán)境噪聲）影響，傳統(tǒng)RC方法難以保證控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性；

• 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器引入提升系統(tǒng)性能：為應(yīng)對系統(tǒng)非線性和非周期干擾，提出將擴(kuò)張狀態(tài)觀測器（ESO）與RC結(jié)合的控制策略。ESO能動態(tài)觀測并補償系統(tǒng)中難以建模的擾動和非線性項，將其納入線性反饋控制器，提高系統(tǒng)魯棒性。文中針對可控液體靜壓軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，推導(dǎo)了ESO收斂條件及改進(jìn)后控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)，為該策略提供理論支撐；

• 仿真與實驗驗證控制效果優(yōu)越性：通過仿真與實驗對比，將該方法與經(jīng)典PID控制和傳統(tǒng)RC進(jìn)行性能評估。結(jié)果顯示，ESO-RC聯(lián)合策略在軸心軌跡跟蹤精度和周期擾動抑制效果方面顯著優(yōu)于其他方法，能更好適應(yīng)液體靜壓軸承復(fù)雜動態(tài)環(huán)境下的主動控制需求，展示出良好的工程應(yīng)用潛力。

閱讀全文：

責(zé)任編輯：杜蔚杰

責(zé)任校對：張 強

審 核：張 強

JME學(xué)院簡介

JME學(xué)院是由《機械工程學(xué)報》編輯部2018年創(chuàng)建，以關(guān)注、陪伴青年學(xué)者成長為宗旨，努力探索學(xué)術(shù)傳播服務(wù)新模式。首任院長是中國機械工程學(xué)會監(jiān)事會監(jiān)事長、《機械工程學(xué)報》中英文兩刊主編宋天虎。

歡迎各位老師掃碼添加小助理-暖暖為好友，由小助理拉入JME學(xué)院官方群！

歡迎關(guān)注JME學(xué)院視頻號~

尋覓合作伙伴

有一種合作叫做真誠，有一種發(fā)展可以無限，有一種伙伴可以互利共贏，愿我們合作起來流連忘返，發(fā)展起來前景可觀。關(guān)于論文推薦、團(tuán)隊介紹、圖書出版、學(xué)術(shù)直播、招聘信息、會議推廣等，請與我們聯(lián)系。

感謝關(guān)注我們！我們《機械工程學(xué)報》編輯部將努力為您打造一個有態(tài)度、有深度、有溫度的學(xué)術(shù)媒體！

版權(quán)聲明：

本文為《機械工程學(xué)報》編輯部原創(chuàng)內(nèi)容，歡迎轉(zhuǎn)載，請聯(lián)系授權(quán)！

在公眾號后臺留言需要轉(zhuǎn)載的文章題目及要轉(zhuǎn)載的公眾號ID以獲取授權(quán)!

微信投稿、轉(zhuǎn)載等：

聯(lián)系人：暖暖

電話：010-88379909

E-mail：jme@cmes.org

網(wǎng) 址：http://www.cjmenet.com.cn

官方微信號：jmewechat