电主轴技术是随着高速切削等现代化先进制造技术以及高速数控机床技术的发展和需求而发展起来的。尤其是近年来，随着宇航和航天、汽车和模具加工等行业的飞速发展和技术进步，超高速电主轴应用的越来越多。滚动轴承作为电主轴的主要支承形式，在电主轴超高速运行条件下，已经接近其设计所允许的极限转速，轴承寿命必将受到极大地影响。一旦轴承发生故障，必然导致电主轴乃至整个机床运行的不正常，因此，对电主轴轴承进行故障诊断技术的研究就显得异常重要。本文以较常用的角接触陶瓷球轴承为研究对象，在轴承振动特性分析和故障机理研究的基础上，对轴承进行动力学仿真。针对滚动轴承振动信号为非线性这一特点，采用时频分析的方法对轴承进行特征提取和故障识别等方面的研究。取得的研究成果如下：1.建立了角接触陶瓷球轴承的有限元模型，对轴承进行动力学仿真分析，得到轴承在高速运转下的动态响应以及轴承容易发生故障的危险点，为轴承的在线监测提供必要的帮助与依据。2.针对轴承振动信号非线性的特点，提出了一种基于EMD和Choi-Willams分布的时频分析算法，并对轴承进行故障特征提取，仿真分析的结果表明该方法能够准确快速的提取出轴承的内圈、外圈和滚动体的故障频率，并能够较为有效的消除交叉项的干扰。3.提出了一种基于S变换和Hu不变矩的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先对轴承故障信号进行S变换，得到其时频谱，通过计算图像的Hu不变矩进行滚动轴承的故障识别。仿真结果表明，Hu不变矩能够非常准确的辨识滚动轴承的故障类型。