动静压气浮轴承以其摩擦小、精度高、无污染等优点,被广泛应用于高速/高精度加工领域。而以动静压气浮轴承为支撑系统的高速/高精度动静压气浮主轴作为超精密机床的核心零部件,是超精密机床实现超高精度加工的根本基础。然而,动静压气浮轴承还存在刚度较低,承载能力不高和容易失稳等问题,这些问题制约了动静压气浮主轴在高效、稳定、可控和工业化的超精密加工领域的应用。因此,围绕动静压气浮主轴动静态性能的理论分析及动静压气浮主轴系统动态稳定性的影响机理这两个关键基础科学问题,本文从理论和实验验证两个层面对动静压气浮轴承-转子系统的静态性能、动态性能和动态稳定性等综合性能进行了系统性的研究,分析验证了动静压气浮主轴的优化设计参数对主轴系统动静态特性的影响规律,为设计研发高速/高精度动静压气浮主轴系统提供理论基础和技术支持。本文建立了高速动静压气浮径向轴承的静态性能分析模型,针对高速工况下流量系数不准确的科学问题,基于有限单元法,提出流量系数的修正公式,并探究了流量系数对动静压气浮径向轴承静态性能的影响。利用修正后的流量系数模型,建立了5自由度动静压气浮轴承组的静态性能计算分析模型,提出了5自由度动静压气浮轴承组角刚度的计算方法,解析了轴承结构参数对动静压气浮轴承系统静态性能的影响。动静压气浮轴承的动态特性是轴承-转子系统稳定性研究的基础。为此,本文建立了动静压气浮轴承动态性能的分析计算模型,解析了轴承参数对动刚度和动阻尼的影响规律;针对研制的螺旋沟槽微结构动静压气浮轴承,通过变换雷诺方程,提出了螺旋沟槽微结构的数值处理办法,阐明了螺旋沟槽的作用机理,优化了螺旋沟槽微结构的结构参数;基于动静压气浮轴承的动刚度和动阻尼,建立了转子系统的有限元模型,计算了转子系统的固有频率,为研究动静压气浮轴承-转子系统的临界转速和稳定性提供了数据基础。基于动静压气浮轴承动态特性的研究,研究了一般动静压气浮轴承-转子系统和带螺旋沟槽微结构的动静压气浮轴承-转子系统的动态稳定性,分别解析了轴承结构参数和沟槽结构参数对主轴系统稳定性的影响,并基于最终的设计参数,计算分析了两系统的临界转速。通过数值求解非稳态雷诺方程,提出了动静压气浮轴承-转子系统回转精度的计算模型,阐释了主轴转速、负载、动平衡等级及转子质量等因素产生的典型非线性动力学行为,解析了动静压气浮轴承的结构参数对动静压气浮主轴回转精度的影响。最后,研制了一台高速动静压气浮主轴,搭建了主轴动静态特性实验平台,测量了高速动静压气浮主轴的动态振动,对动静压气浮主轴系统的临界转速和稳定性特性进行了验证;测量了高速动静压气浮主轴的动态跳动,验证了主轴回转精度模型的有效性。研制了一台高精度动静压气浮磨床主轴,针对其静态性能进行了测试,验证了动静压气浮轴承静态性能的仿真模型的准确性;测量分析了高精度气浮磨床主轴的动态特性,对动静压气浮轴承的动态稳定性及主轴回转精度模型进行了验证。