超精密装备在制造业中具有极为重要的地位,气体静压轴承因其摩擦小、精度高等优点而在超精密装备领域备受青睐。但由于气体的可压缩性等原因,气体静压轴承的承载能力较低,其应用和发展受到了限制。本文基于这一问题开展提高气体静压轴承承载能力的研究,对促进超精密装备发展具有重要意义。本文从气体润滑理论着手,推导了气体润滑雷诺方程,根据通用曲线法利用MATLAB编写了止推轴承性能计算软件,基于扰动法建立了闭式气体静压轴承数学模型,基于计算流体动力学方法对气体静压轴承结构形式进行了仿真分析,采用ANSYS ICEM软件划分六面体结构化网格,采用基于有限体积法的FLUENT软件仿真分析气体静压轴承气膜承载力及流场特性,探究了在气体静压轴承表面开设不同形式沟槽、沟槽的截面形状、在不同位置设置节流器对气体静压轴承承载能力、刚度和耗气量的影响,通过正交试验优选了气体静压轴承表面沟槽几何参数,优选了结构参数的气体静压轴承比传统小孔节流轴承在承载能力和刚度方面均有大幅提升。在气体静压轴承稳定性方面,利用动网格技术将气体静压轴承气膜厚度动态变化转化为气膜有限元模型网格的动态变化,对FLUENT进行二次开发,编写了用户自定义程序来求解运动方程并控制动网格的变化,采用图形法分析了气体静压轴承系统对阶跃输入的响应,根据曲线类比二阶欠阻尼系统的数学模型对气体静压轴承的快速性和稳定性进行了分析,同时还通过后处理软件对气体静压轴承的流场特性进行了分析,简要解释了不同结构形式对稳定性的影响。考虑气体静压轴承及止推板结构的受力变形情况,完成了高推力气体静压轴承整套零件的设计并解决了关键零部件的装配问题。根据理论分析和仿真结果,加工了4种结构的气体静压轴承并进行了稳定性和静态特性实验。结果表明,沿直径方向、圆周方向都开设均压槽的气体静压轴承的承载力高于其它结构形式的气体静压轴承,与仿真结果趋势相同,验证了仿真分析的正确性,解决了工程实际问题并为超精密高推力气体静压轴承的发展提供了指导意义。