电主轴具有转速范围广、回转精度高等特点,多应用于高速大扭矩、低速大功率的工况下,是机床的核心部件。而预紧力是保障电主轴正常运转的关键参数,在低速段,需要对轴承施加较大的预紧力来提高主轴单元刚度;在高速段,需要施加较小的预紧力来降低轴承温升。因此,电主轴单元应具有根据转速自适应调节预紧力的能力。目前,常用的定位、定压预紧机构由于缺少这种能力,已不能满足现代加工的需求。鉴于预紧机构的研究现状,本文提出了一种基于压电陶瓷的电主轴自适应预紧机构。主要研究内容包括:(1)基于Hertz弹性接触理论,建立了角接触轴承静力学和拟动力学计算公式,并运用Matlab进行分析。最终得到预紧力、转速、接触角、趋近量、摩擦热等参数间的关系曲线,为主轴自适应预紧奠定了理论基础。(2)以AC8230026100高速电主轴为研究对象,将主轴单元刚度、回转精度、轴承生热量等作为控制目标,最终得到不同转速下预紧的规律。并通过与定压预紧机构进行比较,证明了自适应预紧机构可以满足在低速、中速段提高主轴刚度,在高速段降低轴承温度的要求;根据电主轴的生热机理和电主轴不同零部件之间的能量传递过程,建立了主轴生热模型。通过分析电机功率和主轴转速等因素对主轴生热量的影响,进而可以得到主轴各部件的热位移的计算公式。(3)根据压电陶瓷的变形机理和其基本特性,为应用压电陶瓷制作预紧机构奠定理论基础。进行压电陶瓷输出力、位移和压力试验,验证其具备应用于主轴预紧机构的可行性。并与其他智能材料进行比较,证明其在输出应力、频率响应、往复精度等方面具有其他材料无法比拟的优越性。最后,在前人研究的基础上提出了一种新型预紧机构—基于压电陶瓷的电主轴自适应预紧机构。并将主轴各部件的热位移和预紧机构输出位移相结合,得到该主轴不同转速下,电压与预紧机构输出力和位移的变化规律。实现了根据转速对轴承施加适当的预紧力并保障预紧力的稳定性。