空气静压支承轴承是一类基于气体润滑技术而开发的气浮功能部件,广泛应用于各类超精密加工或测量装备,具有运动精度高、摩擦小、产生热量小等优点。在各类空气静压支承轴承中,使用小孔节流器的小孔节流空气静压支承轴承已获得了最广泛的应用,同时相关的技术也处于不断发展之中。轴承的力学性能直接影响着相关超精密加工或测量设备的加工能力或测量精度,因此,在轴承的设计中,通过合理的参数设计使轴承获得优良的力学性能,也有利于提高相关设备的使用性能。对于空气静压支承轴承,在设计中关注的力学性能主要包括承载力、气膜刚度、阻尼,以及与轴承气膜流场特性相关的微振动等内激励。然而,目前在小孔节流空气静压支承轴承力学性能的分析与优化方面仍存在不足,首先,对于轴承使用中出现的微振动等力学现象仍缺乏充分认识,不能有效的通过参数设计进行规避;其次,对具有复杂气膜几何构型的空气静压支承轴颈轴承的力学性能尚缺乏准确有效的分析方法;最后,针对空气静压支承轴承的优化设计仍以静力学性能的最优化为主,而对直接反应气膜抵抗动载荷能力的轴承动力学性能尚缺乏考虑,并且不论是静力学还是动力学性能优化,优化建模技术都还有待于发展。为提高小孔节流空气静压支承轴承的力学性能,研究了轴承工作参数与设计参数对轴承静、动力学性能的影响规律,提出了轴承的多目标优化设计方法,优化了轴承的设计参数。主要内容为:小孔节流器的节流特性与轴承微振动的产生机理。分别研究了无腔与有腔情况下轴承间隙中的流场特性,指出轴承微振动的产生与间隙流场中漩涡流动的形成密不可分;给出了漩涡流动产生的条件:无腔情况下漩涡流动的产生与流场中超音速区与激波的出现有直接关系,而带腔时漩涡流动始终存在。针对无腔与有腔情况分别提出了削弱或避免微振动的设计方法,即在无腔情况下通过控制气膜间最大马赫数,使其小于1;而在有腔情况下通过控制气流最大雷诺数,使其最小。该方法为轴承的参数优化建模提供了物理基础。同时,对无腔与有腔情况下轴承微振动的程度进行了对比,指出有腔时的微振动较无腔时大一个量级。轴颈轴承力学性能分析的解析-CFD混合方法。分别提出了求解小孔节流空气静压支承轴颈轴承静、动力学性能的解析-CFD混合方法。该类方法可权衡传统解析分析与现代CFD数值仿真计算的优点,在保证计算精度与控制分析成本的前提下,获取轴颈轴承的静、动力学性能,为轴颈轴承的参数优化设计提供了前提条件。采用混合方法,分析得到了一实例轴颈轴承的力学性能与其设计参数的相关性,如轴承的动态刚度和阻尼随轴承参数的变化呈现出较强的非线性、非单调特点等,并对部分影响特点给出了机理解释。轴颈轴承的多目标参数优化设计方法与应用。以消除微振动且最优化轴承的静、动力学性能为目标,以轴承的结构尺寸与供气压为设计变量,建立了轴颈轴承的参数优化设计数学模型。通过在一系列不同工作状态下的优化设计,得到了使轴承静、动力学性能综合最优的多目标优化结果。其中静力学设计的目标在于获取较大的静承载力,而动力学设计的目的在于获取较大的位移阻抗。基于优化结果反过来讨论了轴承所处工作状态对最优化设计的影响,发现对于所讨论的工程实例轴承,轴承最优承载力与位移阻抗随工作状态参数而变化,但最优点表现出了很好的一致性。最优力学性能随每圈节流孔孔数的增加而改善,但改善程度随节流孔孔数增加而减缓。所提出的优化建模方法有助于提升小孔节流空气静压支承轴承的设计水平,具有积极的工程意义。