电主轴是高速机床和高速加工中心等高速精密加工的核心部件,其运行状态与加工能力和动态性能息息相关。电主轴中的轴承、主轴和电机转子是主要的回转部件,轴承-转子系统的动态性能决定了电主轴的性能,建立系统动力学模型,研究高转速对动态性能的影响,结合功率流理论解释系统能量分布规律,有助于指导和推进电主轴的设计和优化工作,提高我国电主轴行业水平。本文以某国产型号C01型电主轴为研究对象,结合角接触球轴承拟静力学理论和转子动力学有限元建模方法建立电主轴轴承-转子系统动力学模型。通过理论建模、数值仿真和振动实验三者结合的方式,对高转速状态下角接触球轴承性能、电主轴轴承-转子系统动态性能和能量分布规律展开研究。具体的研究工作如下:首先,分析电主轴结构特点与主轴支承轴承设置情况,将轴承-转子系统确定为研究对象,通过角接触球轴承拟静力学理论建立轴承分析模型,结合Timoshenko梁理论建立电主轴轴承-转子系统动力学模型,为后文仿真分析提供理论基础。然后,以C01型电主轴三维模型为基础,对其进行节点划分与定义。使用Mat Lab软件编写仿真程序,采用数值仿真的方式分析转速对角接触球轴承内外圈接触角和径向、轴向刚度的影响。在轴承仿真的基础上对轴承-转子系统的固有频率与振型进行仿真,分析轴承刚度对系统固有频率的影响。在实验室内搭建了C01型电主轴振动测试平台,设计并完成电主轴振动测试实验,验证理论分析的正确性。最后,对电主轴轴承-转子系统进行谐响应分析进一步分析系统动态性能,重点分析轴承支承处的响应情况。为了实现功率流理论在电主轴上的应用,结合Timoshenko梁单元特点,将功率流划分为弯曲功率流和剪切功率流两部分并推导对应计算公式,利用谐响应分析结果计算电主轴轴承-转子系统功率流分布情况,得到轴承-转子系统能量分布情况。设置不同轴承支承刚度值进行轴承-转子系统功率流仿真,得到支承刚度变化对电主轴轴承-转子系统功率流响应的影响情况。