前言

气体润滑是流体润滑的一种形式，采用空气或工质气体作为润滑剂将两相对运动的摩擦副隔开，具有摩擦阻力小、工作精度高、适用温度范围广等优点，广泛应用于极高温和极低温、超高速和超低速、超精密等极端条件下的气体静压轴承、高速止推轴承、箔片轴承、机械密封等机械零部件和装备设计。

1854年，Hirm提出用气体做润滑剂的设想。1886年，雷诺推导出了描述流体润滑膜压力分布的雷诺方程，使人们对流体润滑原理的认识上升到理论高度。20世纪50年代，基于轴承设计需求的气体润滑理论研究得到快速发展。1959年，Elrod和Burgdorfer从理论上说明了一般工况下润滑气膜内部的温升效应可以忽略，等温假设在气体润滑分析中被普遍接受。20世纪80年代以后，磁存储技术的发展推动气体轴承膜厚从微米降低到纳米量级，气体稀薄效应、表面粗糙度等微观效应受到广泛关注，促进了气体薄膜润滑理论的发展。

随着机械装备转速的提高以及轴承部件新型结构的不断出现，气体热动力润滑问题日益突出。例如，对于20μm间隙、0.7MPa压力、20000r/min转速工况下的静压气体润滑轴承，剪切热可以使润滑气膜温度升高30℃以上。轴承转子温升和气体黏度的增加可提高轴承刚度和阻尼系数，但是缺少充分冷却时轴承容易发生热失稳，在高速轴承设计中尤为突出。

相对于剪切流为主的轴承气体润滑而言，气体密封润滑区中还存在密封压力引起的压力流，密封气体从高压侧向低压侧泄漏流动过程中，由于体积迅速膨胀引起气膜温度降低，产生热变形等气体热动力润滑问题。1968年，John Crane公司首先研制出圆弧面螺旋槽气体润滑密封，并推出平面螺旋槽气体润滑密封产品。随着气体密封技术不断向高温、高压、高速等高参数方向发展，密封介质的多样化以及应用领域的不断拓展，表面热变形、超声速流、介质相变等气体热动力润滑问题日益增多。

本书以温诗铸院士的弹流润滑理论研究方法和成果为基础，总结作者近年来的研究成果，以高速气体轴承和高压气体密封的润滑设计为应用背景，系统阐述了气体热动力润滑理论和设计分析方法。以典型结构的轴承和密封为对象，讨论了气体润滑分析的理论模型和润滑特性规律，并给出了具体算例数据以方便读者进行对比研究。

全书共分9章，具体内容如下。

第1章气体性质，重点研究气体一般热力过程状态分析问题，基于能量均分原理，提出了将理想气体状态方程分解为两个独立的气体方程。

第2章气体润滑方程，主要介绍雷诺方程、能量方程、固体热传导方程与界面方程等基本润滑方程的推导，并讨论了润滑分析中的力平衡和流量守恒问题，给出了解决方法。

第3章等温气体润滑，主要介绍滑块轴承、径向轴承、止推轴承和端面密封等典型结构的等温气体润滑建模方法和基本润滑特征。

第4章刚性表面气体热动力润滑，主要介绍滑块轴承、径向轴承、止推轴承和端面密封等典型结构的气体热动力润滑建模方法、气膜温度分布特征和润滑特征。

第5章端面密封气体热弹流润滑，针对高压气体端面密封，介绍考虑阻塞流效应的热弹流润滑建模方法、端面变形特征以及气体润滑规律。

第6章端面密封气体动载热润滑，针对气体端面密封，介绍外界扰动条件下气膜刚度、阻尼等动态参数的分析方法，讨论了气膜温度对端面气体密封气膜的刚度、阻尼频域响应特性和气膜压力动态分布特征的影响规律。

第7章端面密封冷凝析水润滑，针对高压气体端面密封，介绍高压水汽冷凝析水问题的分析建模方法和润滑规律，并讨论了液滴在气体润滑表面的运动问题。

第8章气体端面密封型槽技术与实验，主要介绍典型密封型槽及其润滑特点、型槽加工和密封实验方法，并结合微孔端面密封实验讨论了气体密封开启方式、气膜厚度变化、泄漏率控制等润滑特性。

第9章气体端面密封设计，主要介绍气体端面密封摩擦副的润滑设计方法和计算流程。

由于气体润滑和密封涉及的范围广泛，本书的篇幅有限，对于取材和论述方面存在的不妥和不足之处，敬请广大读者批评指正。

在本书的编写过程中，黄平教授给予了大力支持和帮助，在此致以诚挚的谢意。同时，对为本书编写给予热情支持与帮助的同事和研究生们，表示衷心的感谢。

白少先

2016年6月于杭州