气体静压轴系的研究一直是超精密机床研究的重点内容之一,随着气体静压导轨与主轴在超精密机床上的广泛运用,高刚度、高精度、结构简单和阻尼特性良好的静压轴承成为超精密机床轴系设计追求的目标。小孔节流和全多孔质材料节流是气体静压轴承主要的节流形式之一,目前均存在轴承刚度不高和加工制造困难等方面的问题。局部多孔质节流作为一种新的节流方式,结合了小孔节流和全多孔质节流的特点,因而具有简单结构、高刚度和易于制造的特点,且已经受到大家所关注,遗憾的是对这一类型轴承的研究还比较少。另外气体静压轴系回转精度的评价也存在着理论评价体系不完善的缺陷。本论文针对气体静压轴系设计和检测评价方面存在的问题,选择局部多孔质气体静压轴承设计理论和单圈非重复轴系回转精度的测评作为主要的研究内容,具体开展以下研究:在极薄膜润滑和层流的假设下,基于Beavers-Joseph模型及简化Stokes方程,并考虑轴承交界面处速度滑移影响,推导建立了稳态条件下局部多孔质气体静压轴承气膜压力分布的数学模型,结合由Darcy定律及气体连续性方程建立的多孔质内气体的流动模型,为研究局部多孔质气体静压轴承稳态特性奠定了理论基础。利用伽辽金原理和格林公式,将局部多孔质气体静压轴承气体流动的数学方程转换为“弱”积分方程。通过有限元数值计算,发现局部多孔质节流器的直径、厚度、渗透系数、个数及位置的分布等参数都会对轴承的静态特性产生重要影响,发现只有按照一定的规律选择合适的参数,轴承才能得到较高的承载能力及刚度。系列的止推轴承实验结果,证明了所建立数学模型及数值求解方法的正确性,同时也证明了局部多孔质气体静压轴承具有更高刚度和易加工等优良特性。对局部多孔质气体静压轴承气膜压力分布的数学模型进行了数值求解的收敛性研究,提出改进型比例分割法,并给出了比例分割因子G的求解公式,从而较好地解决了有限元方程的收敛性问题。轴系回转误差广泛具有单圈非重复性的特点,目前的评价理论和评价方法非常有限。针对这个问题建立了轴系回转误差评价的数学模型。提出集合转换的方法,并利用极差极小化原理,分别建立了基于计算机处理的最小区域法和作用表面的统一判别准则。为了提高评价速度,还建立了统一的步长求解公式。编制的算法软件,在实验中已得到了验证,大大提高了误差的评价精度及效率,从而完善了轴系回转精度的测评理论体系。