高精密机床所生产的产品的加工精确高度依赖于电主轴的性能,轴承预紧力作为影响高速电主轴性能的重要因素之一,为高速运转的主轴系统提供了必要刚度。选择适当的轴承轴向预紧力,既可以为电主轴提供所需的刚度,减少高速旋转产生的振动,又能避免加工时产生过度的热量。因此,研究和分析轴承预紧状态及其与电主轴动态特性的关系,对提高高端数控机床主轴的回转精度和动态性能具有重要意义。本文首先研究了轴承滚动体与滚道的接触特性随预紧力的变化规律。利用赫兹接触理论,研究了轴承基本几何关系和不同预紧载荷条件下及角接触球轴承接触刚度和接触变形。提出了一种确定不同轴承轴向预紧力下接触电阻的新方法,并进行了角接触球轴承接触电阻的实验研究,结果表明,随着轴承轴向预紧力的增大,接触电阻减小,呈现“L”型趋势,二者且具有非线性关系。对于具体轴承,当预紧力大于某一值时,接触面积不再随预紧力的增大而明显增大。随后,本文研究了背对背安装角接触球轴承对的轴向预紧力对转子回转精度的影响。设计了实验测试台架,考虑了轴承内圈与轴的配合状态,测试了轴承外圈径向跳动随轴向预紧力的变化规律。结果表明,随着预紧力增大,径向跳动呈现“降-升-降”,最后趋于稳定的变化趋势。预紧初始阶段轴承径跳先降后升的现象,是由于随着预紧力的增加,径向游隙减小使得径跳下降;但随着预紧力的继续增大,由于两轴承之间的外隔圈端面平行度的误差,导致了两背对背接触的轴承外圈圆周只有部分弧段接触,轴承产生姿态倾覆,造成轴承径跳的上升。随着轴向预紧力的进一步增加,轴承外圈整个圆周都受到轴向预紧力的作用,滚动体与轨道接触面积增大,轴承径跳减小。本文的研究结果,揭示出在转子轴承的预紧过程中,存在局部最优现象,在转子预紧的工艺过程中,要避开第一次出现的局部最优点,采用径跳随预紧力增大第一次波动后的全局最优预紧力。研究结果还表明,轴承内圈与主轴的配合间隙越小,轴向预紧过程中轴承外圈径跳的波动幅值越小。最后,本文研究了电主轴轴承预紧力与转子动态性能的关联规律。以工作转速60000rpm的高速磨削电主轴为对象,采用有限元方法对主轴进行模态分析,并进行了实验验证,确定了主轴一阶固有频率,通过与电主轴最大工作转速频率对比判断主轴转子类型为刚性转子。建立了电主轴的实验模态模型,在不同预紧力条件下测量电主轴的固有频率及振型。通过轴向及径向模态实验分析,分析了不同预紧力条件下电主轴的动态特性。通过对电主轴振动信号的倍频分析,确定了不发生动态松动的预紧力条件。在实验和理论分析的基础上,得到了高速电主轴的预紧力优化参数。本文系统地研究了电主轴转子轴承预紧载荷对转子静态回转精度和动态振动特性的影响规律。通过研究单个轴承轴向载荷与接触状态的非线性变化规律,得出了单个轴承的最小预紧载荷。通过研究轴承对预紧过程中的径跳变化规律,为电主轴轴承对的预紧提供了全局优化的工艺方法。通过模态分析,揭示了轴向预紧力对电主轴固有频率和振型模态的影响规律。在振幅频谱分析的基础上,决定了高速电主轴的轴向预紧力范围。综合预紧力对电主轴动静态回转性能有直接影响的上述三个预紧力推荐范围,决定电主轴的最佳轴向预紧力。