以气体轴承为支承的高速精密加工机床,具有低摩擦、回转精度高、功耗低、无污染及低成本等优点。但由于气体的可压缩性、低粘度,以及气体轴承流场与转子之间存在的耦合作用,刀具在受到外界激励作用时转子会产生轴心轨迹偏移,进而改变轴承气膜压力分布及承载力、刚度、阻尼等特性,影响零件加工精度。本论文采用流固耦合仿真分析与实验相结合的方法,探讨了激振加载下转子及气膜流场的瞬态响应特性及变化规律,主要内容包括:将流场数值仿真分析中获得的气膜刚度作为弹性支承约束,对转子进行了模态分析和谐响应分析。研究结果表明:轴承气膜刚度随供气压力增大而增大,转子在二阶固有频率下的振型为y向振动,最大变形量发生在转子下端刀头位置,对加工精度影响较大,且当外界激振力频率接近二、三阶固有频率时出现共振现象,此时转子y向位移响应达到峰值。在转子零转速条件下,通过双向流固耦合方法,探讨供气压力、激振加载幅值及频率对转子与气膜流场瞬态响应特性的影响及变化规律。研究结果表明:当激振力幅值增大,转子偏移量、气膜流场中的高压区面积均明显增大;当激振频率增大,转子下端偏移与径向轴承气膜力均呈现先增大后减小的趋势,当频率为300Hz时达到最大,此时气膜力响应特性变差,与激振加载力之间的相位差发生改变;激振频率f＜400Hz时,转子下端偏移随系统供气压力增大而减小,激振频率f＞400Hz时,偏移随供气压力增大而增大。在转子旋转条件下,从时域和频域两个方面分析了转速、激振频率对气体轴承-转子系统瞬态响应特性的影响及变化规律。研究结果表明:当激振频率f≤300Hz时,转子下端偏移、轴线倾斜角及径向气膜力随转速增加而增加,在激振频率f≥400Hz时随转速增加而减小。同时,随激振频率增大,转子倾斜中心朝着刀头方向下移到中部,上下端偏移量更趋于对称,平衡效果更好。在激振频率f≤300Hz时,动压效应明显,流场最高压力随转速增大而明显增大;而激振频率为500Hz时,动压效应减弱,流场最高压力不再随转速发生变化。在零转速和旋转条件下对静压气体轴承-转子系统进行了不同工况条件下的激振加载实验。实验结果表明:零转速时,转子下端偏移量随激振频率、激振力幅值以及系统供气压力的变化规律与仿真结果一致;旋转实验中,转子回转产生的工频振幅信号随转速升高而增大,当激振频率为500Hz时,高旋转速度下的转子轴心轨迹更加稳定。