精密关节球轴承是一种具有三自由度的机械关节,结构紧凑、运动灵活,能够提供较大的无奇异工作空间,已成为机器人、并联机构、高精度测量仪器等精密装备的关键零部件。但由于球轴承存在工作表面摩擦磨损及位姿检测等问题,一直制约着其应用推广。静压气体球轴承具有高运动精度和低摩擦阻力,有效避免了摩擦磨损问题,且无需设置其它辅助润滑构件,使球轴承位姿检测的实现成为可能。为此,本文针对静压气体球轴承开展研究,系统性分析各结构参数对球轴承性能的影响,为球轴承结构参数优化设计提供参考依据。论文的主要研究内容包括:(1)建立了静压气体球轴承结构模型和流体仿真模型,并对流体仿真模型进行了结构化网格划分和边界条件设置。基于物理基本守恒定律推导了适合静压气体球轴承的基本控制方程,并进行了基本控制方程的离散和求解。利用仿真计算结果,进一步获得静压气体球轴承的静态特性。(2)对静压气体球轴承流体仿真模型进行数值仿真研究,探讨了球窝包角、供气孔分布角、供气孔数量、供气孔直径等结构参数对轴承性能的影响,提出了各结构参数合理的设计范围。(3)利用CFD数值仿真分析静压气体球轴承静态特性,研究了供气压力对球轴承承载能力、静态刚度和气体质量流量等工作性能的影响。分析了不同供气压力及气膜起浮量下静压气体球轴承压力场和速度场等流场特性的变化规律,为气体润滑理论研究提供参考。(4)开展了静压气体球轴承承载特性的实验研究。设计并加工了实验球轴承,提出了承载力加载和气膜起浮量检测的实验方案,完成实验平台的搭建。在此基础上,研究不同供气压力及气膜起浮量对静压气体球轴承的承载能力的影响,并将实验测量结果与仿真计算结果进行对比分析,验证实验方案的可行性和仿真模型的正确性。