气动涡轮式喷涂主轴广泛应用于构件表面涂覆行业，有效提高了构件光洁度、平整度等表面质量。空气涡轮作为主轴的主要驱动装置，在很大程度上决定了主轴的工作效率。通过对涡轮喷嘴及叶栅廓型的设计及内部流场研究，达到增加涡轮驱动力、降低涡轮内部能量损失的目的，最终提升气动涡轮式喷涂主轴的转速和能效。作为涡轮机的供气流道，喷嘴的廓型及内部气流速度场决定了叶栅流道气流的气动性能。本文综合不同工况条件下喷嘴内部压力场及流体速度场的变化情况，设计喷嘴各项廓型参数及工作条件，最终得到最优喷嘴出口速度场及模型参数范围。进行不同喷嘴出口角下的流体仿真分析，最终确定喷嘴模型尺寸参数，通过仿真改变供气压力验证设计工况选取的准确性。叶栅前缘构型角决定叶栅收缩段流道廓型，影响供入气体流场分布，喷嘴出口角与叶栅前缘进气角组成的速度三角形决定叶栅流道进气速度。本文对叶栅廓型进行理论分析与设计，选取吸、压力面前缘进气角为设计参数，分析叶栅进气角对叶栅廓型、流体气动性能、气体驱动能力及流场能量损失的影响规律。对各种廓型叶栅的气动特性进行仿真，求解最优廓型参数；对比改进模型与原模型在涡轮机受力、力矩及能量损失等方面的差异，结果显示改进模型在受力和能损方面均优于原模型，并对最优廓型进行有关流场分布及能量损失等气动分析。通过对叶栅吸、压力面的流固耦合分析，研究附面层处流体压力场对叶栅壁面形变、应力的影响。由于喷嘴与叶栅间的交互作用，需要对交界面处流场气动性能进行研究，通过仿真分析研究流体的流动状况。针对涡轮盘叶栅高速工作时产生振型向量密集特征值的问题，通过叶栅“失谐设计”对其进行改善，分析不同失谐量作用下叶栅中部及根部选定点功率谱密度的分布情况，求得最优设计模型，优化振型向量，均化能量分布，降低振动与噪声。选取不同喷嘴与叶栅，改变工况条件，利用控制变量法通过实验分析喷嘴廓型、叶栅吸、压力面进气角及设计工况对叶栅受力的影响趋势，对比原模型与改进模型叶栅气动特性，验证本文研究工作的正确性，并推算出改进模型主轴转速大致范围。