锥形箔片轴承作为一种特殊的柔性气体动压轴承,可以同时提供径向力和轴向力,相比传统的径向-止推箔片轴承,能有效简化支承结构并提高整机效率。同时,锥形轴承与弹性箔片的结合使其具有优良的制造工艺性和结构空间性。诸多文献指出,锥形箔片轴承特别适用于整机尺寸受限、轴向力要求不大的中低功率场合,在轻型或微型高速涡轮机械中具有广阔的应用前景。然而,关于锥形箔片轴承的大多研究仅停留在专利设想阶段,目前仍缺乏科学的性能预测体系,此类轴承的系统理论和实验研究亟待开展。因此,本文针对锥形箔片轴承,从气弹耦合理论模型的建立、实际承载性能测试、高性能轴承结构优化、支承转子动力学分析、离心式空压机开发等方面展开关键技术的研究,为该类轴承的应用提供系统的理论与实践指导。本文的主要研究工作如下:（1）为了对锥形箔片轴承的设计提供理论指导,基于完全气弹耦合建立轴承的静动态特性求解模型,并展开结构和工作参数对轴承性能的影响研究。利用有限元法建立锥形箔片轴承的波箔和平箔结构刚度模型,发现过渡圆角和摩擦系数分别以改变固定波拱刚度和滑移波拱数量为机制,对波箔刚度产生影响。在此基础上建立气膜厚度方程,通过与极坐标下静动态压力控制方程的耦合求解,得到轴承承载力、摩擦力矩等静态性能以及刚度、阻尼等动态特性。锥形箔片轴承的承载特性分析表明,轴承结构（锥度、间隙）、箔片结构（厚度、节距、半波长）和工作参数（转速、偏心）等均会对轴承的静态承载性能（径向和轴向承载力等）和动态稳定性（临界失稳质量）产生影响,轴承的设计需充分考虑各参数的综合影响。（2）为验证锥形箔片轴承气弹耦合求解模型和理论分析的正确性,并实际探究影响轴承性能的因素,对箔片结构刚度和承载性能展开实验研究。实验结果表明,一端固定一端自由的波箔刚度计算值和实验值相差1 1.4%,轴承径向和轴向承载力预测值和实验值间的相对误差分别为7.3%和15.6%,证明了该模型的正确性。对锥形箔片轴承承载性能的实验结果表明,增大锥度使轴向与径向的承载力之比增加;减小安装间隙使得两方向承载力和摩擦力矩均增加,起飞转速降低;不同加载方向得到的箔片刚度和承载力均存在明显差异,最大相对变幅分别为54.4%和77.3%,轴承的安装使用需要注意各向异性问题;温升对平箔磨损影响较大,锥形箔片轴承的工程应用必须配合适当的热管理措施。（3）针对锥形箔片轴承面临的承载能力较低及高速下动态支承稳定性不足问题,分别对波箔和平箔展开结构优化研究。一方面,基于均匀刚度原则建立轴向错位式和周向分段式波箔方案,使轴承沿轴向和周向获得均匀的箔片变形,分别解决了整体式波箔片的面结构刚度不均和轴承的各向异性问题。另一方面,基于锥形箔片轴承高承载、低损耗的使用需求,提出表面布置微槽的平箔结构,研究发现微槽引起的较低气体端泄可有效提高轴承的承载性能和动态稳定性,正向弧形槽还可在不增加摩擦损耗的前提下大幅提升轴向承载力,在微型涡轮机械中具有较高的实际价值。在承载性能实验台上,分别对错位波箔和微槽平箔结构的提升效果进行实际验证,结果表明二者分别使径向承载力增加34.0%以及65.9%,微槽使轴向承载提高114.4%的同时还使摩擦力矩降低28.1%,验证了优化结构对承载性能的改善。（4）为了展开锥形箔片轴承支承在离心式空压机原理样机开发中的应用研究,首先基于铁摩辛柯梁单元建立五自由度转子振动方程,并与轴承水平、竖直、轴向的动态系数耦合,建立锥形箔片轴承-转子系统动力学模型,对设计的空压机展开临界转速、不平衡响应等校核。理论分析发现轴承结构对空压机转子系统动力学特性影响较大,采用错位波箔及微槽平箔结构均可有效提升转子稳定性,轴承间隙减小10 μm使得转子基频和低频振幅分别下降51.8%和89.7%。以此为理论指导空压机转子的高速稳定性实验,依靠错位变波长式波箔解决了小安装间隙下锥形箔片轴承的过早失效问题,并使轴心涡动减小40.7%;采用平箔微槽结构进一步提升了转子高速下的稳定性,水平和竖直基频振幅分别降低2.9%和45.9%。最终,空压机在空载条件下实现了转速达80 krpm的连续稳定运行,转子涡动轨迹小于10μm,证明了此类轴承良好的动态支承性能以及优化结构对稳定性的提升。