精密超精密加工技术现已成为制造高精度产品的关键技术，机床主轴作为机床加工的核心部件，因此主轴系统内部轴承的性能高低决定了机床加工的精度。空气静压轴承不同于液体静压轴承，其优点在于气体润滑的摩擦系数和摩擦力矩很小，对工作环境要求比较低，工作范围比较广甚至包括恶劣或者极为清洁的环境条件，并且具有产热较小、极高的运动精度以及较长的使用期限等特点。空气静压轴承的间隙比较小，往往处在微米甚至更小的量级，一般情况下，将1μm～1mm的尺度划分为微尺度，所以轴承间隙内的气膜流动处在了微尺度的研究范畴，将微尺度下气体流动的特性考虑在内建立气膜流动模型是非常必要的。稀薄效应是微尺度气体流动的一个重要特性，传统情况下对于气体静压轴承气膜的研究基本上是基于宏观尺度下的流体流动机理，未考虑微尺度下稀薄效应对静压轴承性能带来的影响，针对以上问题，本文采用理论分析结合实验验证的方法，对空气静压止推轴承的动静态特性及控制策略进行了创新性研究，研究内容包括以下几方面:　　(1)基于传统气体润滑机理，采用流体力学计算方法，将体现稀薄效应的流量因子Q引入到N-S(Navier-Stokes)方程中，建立了适合描述微尺度稀薄效应的气膜润滑的力学模型，对传统雷诺方程进行了微尺度下的修正。　　(2)基于二阶偏微分方程数学计算方法，提出了适合求解修正后的雷诺方程的数学解决方案，确定了与流体实际流动相结合的边界条件，根据松弛迭代方法及相应的收敛准则，基于MATLAB软件实现气膜压力求解过程的可视化;在求解出贴合实际情况的气膜压力分布基础上，得到了轴承承载力、气膜静刚度变化规律;通过搭建实验台，对轴承的气膜刚度进行了测量，进一步验证了理论分析结果的正确性。　　(3)根据空气静压主轴结构特点、实际工况，采用扰动法计算得出轴承的动态刚度和阻尼系数并赋值与弹簧阻尼单元，采用弹簧阻尼单元代替轴承来实现对主轴的影响，建立了空气静压主轴有限元模型;然后对模型进行主轴模态分析，确定了主轴前六阶固有频率及振型;通过谐响应分析，确定了主轴响应位移与激励频率的关系;搭建了主轴模态`测实验台，采用模态锤击方法确定主轴的固有频率，验证了仿真分析结果。　　(4)根据空气静压轴承结构设计原理，确立了轴承参数的范围;基于遗传算法理论和多目标优化准则，对空气静压轴承的各项参数进行优化，从而实现了轴承性能的最优。