无油双螺杆空压机是近年来备受关注的一种新型空气压缩设备,已广泛应用于食品、医药、燃料电池等行业。传统无油双螺杆空压机转子由滚动轴承支承,采用油脂润滑与密封装置,不可避免地存在压缩空气油污染、轴承寿命短、空压机生产制造成本高等系列问题。研发水润滑动静压轴承,代替传统的滚动轴承,是提升双螺杆空压机性能的有效手段。因此,研究双螺杆空压机用水润滑动静压轴承具有重要科学意义与工程价值。为解决无油双螺杆空压机的轴承设计问题,特别是针对其交变、重载工况的特点,本文提出了一类新型水润滑动静压轴承,进而开展了空压机轴承-转子系统动力学特性分析。本文的研究工作如下:(1)双螺杆空压机水润滑动静压轴承结构创新设计:针对双螺杆空压机转子承受的大的交变气体力,提出一种带槽式水腔的三腔水润滑新型动静压径向轴承;设计了环形腔水润滑静压推力轴承。(2)水润滑动静压轴承润滑建模:基于流体润滑理论,建立水润滑径向轴承和推力轴承润滑模型;采用有限差分法,推导水润滑轴承瞬态水膜力和水膜力矩的计算方法。(3)双螺杆空压机水润滑轴承动力学特性分析:基于牛顿第二定律,建立径向轴承两自由度动力学模型;采用欧拉法,计算径向轴承轴心轨迹;提出基于最大偏心率判断径向轴承设计合理性的设计准则,设计双螺杆空压机径向轴承结构参数。建立推力轴承单自由度动力学模型,计算推力盘运动轨迹,设计双螺杆空压机推力轴承结构参数。(4)考虑轴颈倾斜效应的双螺杆空压机水润滑轴承-转子系统动力学分析:基于刚体动力学,考虑轴颈倾斜效应,建立轴承-转子系统五自由度动力学模型,分析轴颈倾斜效应对双螺杆空压机水润滑轴承-转子系统动力学特性的影响。(5)双螺杆空压机水润滑轴承-转子系统稳定性分析:采用偏导数法,推导径向轴承32个动力特性系数计算方法;建立径向轴承-转子系统四自由度振动方程,采用特征值法,分析双螺杆空压机水润滑轴承-转子系统的稳定性。研究结果表明:所提出的带槽式水腔的三腔水润滑动静压径向轴承,具有单向大承载能力;将环形腔静压推力轴承和平衡活塞配合使用,可承受大的气体轴向力;采用轴心轨迹法,可方便判断水润滑动静压径向轴承设计合理性;建议优先考虑减小半径间隙来增大径向轴承承载力;考虑轴颈倾斜效应,将导致径向轴承最大偏心率稍有增大,但对环形腔推力轴承的动态性能几乎没有影响;在工作转速范围内,双螺杆空压机水润滑轴承-转子系统是稳定的,且稳定性随转速上升而提高。本文设计的双螺杆空压机新型水润滑动静压轴承结构,可望应用于无油双螺杆空压机,替代传统的滚动轴承;所建立的轴承润滑理论与动力学分析方法,为双螺杆空压机水润滑轴承-转子系统的设计奠定理论基础。