气体轴承-转子系统具有高精度、高转速、磨损小、长寿命和运行平稳等优点,其在超精密和超高速加工机床中获得日益广泛的应用。由于气体的可压缩性,气体轴承流场与转子之间存在强耦合作用,为提高机床综合性能需在设计研发阶段充分考虑不同工况下支承气膜流场与转子之间的耦合作用,提出较为完善的设计准则,对精密、超精密高速机床的设计与发展具有重要的参考价值。以气体轴承为研究对象,分析其动静压耦合效应机理,获得了不同工况条件下的气膜流场压力分布、承载力、刚度以及偏心角等特性变化规律。研究结果表明:转子转速和偏心的变化带来气膜内流体粘性力、压差流和气体可压缩性的改变,进而影响动静压耦合强度,产生气膜流场压力沿周向的分布不均匀现象。在相同偏心率下,轴承承载力和刚度随转速升高而单调递增,偏心角随转速升高呈现非线性变化规律。当转子保持在低速范围内时,偏心角随偏心率增大而增大,高速时则规律相反。对气体轴承-转子系统在倾斜状态下的特性进行了双向流固耦合研究。获得不同径向载荷和转速条件下的轴承承载力、刚度、转子倾斜角度和偏心角等特性的影响因素及变化规律。研究表明:在相同供气压力和转速条件下,转子倾斜角随载荷增大单调递增。在相同供气压力和载荷条件下,转子偏心率和倾斜角随转速升高而减小,同时偏心角增大。与转子理想偏心状态相比,转子轴线的倾斜削弱了气体轴承的承载能力,降低了轴承刚度,减小了气体轴承容许间隙工作范围。搭建了气体轴承-转子系统特性测试实验台,采用气浮非接触加载方式对转子进行径向力加载,获得系统动静态特性。测试结果显示:转子倾斜角、气膜间隙、偏心率、轴承承载力等特性的变化规律与数值仿真结果一致,但由于加工制造精度及测量误差导致二者存在一定偏差。