以下主要針對真空上料機油膜動壓軸承，對于氣浮軸承部分適用。

1.首先簡單介紹動壓滑動軸承的原理：

 

在動壓滑動軸承中，由于重力、不平衡力等，軸頸（journal）相對于軸瓦（housing）產生偏心，因此產生收斂和發散的油楔，在收斂油楔中壓力升高，在發散油楔中壓力降低，從而產生承載力。 

 

2.真空上料機氣穴現象的產生：

 

在發散楔中，若按照連續的液體模型計算，油膜壓力往往遠低于環境壓力。而實際上，當油膜壓力稍稍低于環境壓力時，油膜中溶解的氣體變成氣泡團，從而在發散楔中變成了兩相流動，該兩相流體彈性很小，因此油膜壓力不在進一步降低，基本穩定在稍稍低于大氣壓。因此在發散楔中通常將油膜壓力視為環境壓力。如下圖所示：

 

 

3.為什么動壓軸承不能低速運行？

動壓軸承的承載力與轉速有正相關，當承載力一定的時候，轉速越低，軸頸越靠近軸瓦，因為此時油楔需要更大的收縮率來產生該承載力；當轉速過低時，軸頸和軸瓦靠的很近，會發生刮擦甚至抱死。因此動壓軸承運行轉速不能過低。

 

4.什么阻止了動壓軸承的高速運行？

簡而言之：

A. 對于低速重載的真空上料機大型轉子軸承（燃氣輪機、大中型壓縮機等），速度的上限主要被軸承穩定性限制；

B. 對于高速輕載的小微型轉子軸承（如車用渦輪增壓器等），速度上限主要受油膜溫度來限制。

下面兩部分詳細分析。

 

5.油膜軸承穩定性

 

油膜軸承的支撐反力并不是指向軸瓦的圓心，也就是說力的作用方向與軸頸偏心的方向不在一條線上，存在夾角。而且這個夾角隨著軸瓦離心率的減小而增大！夾角增大，意味著軸承支撐力沿切向的分量比例增加，不嚴謹地說，切向力的增加會讓軸承有產生進動的趨勢，當軸頸離心率小到一定程度，軸頸便開始劇烈進動，一般術語叫油膜渦動。而前面講到，在相同承載力下（一般是重力），轉速越高，軸頸離心越小，因此越來約不穩，高速高到一定程度，發生油膜渦動，轉子劇烈振動，對于大型轉子，這是極為可怕的！所以，一般來說低速重載軸承穩定性好，穩定性就是限制大型轉子軸承轉速上限的最重要因素。

 

下圖是我仿真的一個例子，圖中黑色圓為軸承間隙空間，藍色線為軸頸軌跡。我設軸頸初始位置與軸瓦同心，然后放開軸頸，在重力作用下開始運動，在低轉速下最終能穩定在平衡位置，但是在高轉速下，發生了劇烈渦動。

 

6.高速輕載軸承 & 油膜溫度：

對于高速輕載的軸承，穩定性要求已經不適合了，因為它的工作轉速遠高于"臨界穩定轉速"，所以渦動不可避免，還好對于小型轉子，渦動的陣仗不向大型轉子那么嚇人，只要渦動幅值不要太大，還是可以正常使用的。而且還可以通過各種方法來控制渦動的幅值，在車用渦輪增壓器上，軸承采用浮動軸承結構。該結構中有雙層油膜，其中外層油膜主要就是提供阻尼，吸收振動能量，讓渦動幅度大幅減小。如下圖所示：

 

因此穩定性不是高速輕載軸承考慮的問題，但是由于轉速進一步升高之后，油膜溫度會急劇升高，在真空上料機極限情況下，油膜溫度最高點已經達到了190℃，要知道一般較好的潤滑油的閃點才210℃，再升高溫度，潤滑油就會大量炭化，阻塞軸承間隙。因此，對于小型的真空上料機高速輕載轉子軸承，溫度才是轉速的限制因素。