高速电主轴是高速高效切削的关键部件，其动力学特性不仅直接影响着切削稳定性和加工精度，也影响着整部机床的动力学性能，因此对其进行全面的动力学分析有重要意义。随着主轴转速的不断提高，离心力逐渐成为除切削力之外的另一主要激励，影响范围和深度也进一步增强，但目前多数研究主要集中于轴承所受的离心力对高速电主轴的影响。本文在总结前人研究成果的基础上，提出了高速电主轴内离心力的三种主要表现形式：转子不平衡质量引起的离心力、转子等旋转部件自身的离心膨胀及轴承滚动体受离心力产生的径向离心运动。并针对第二种表现形式—离心膨胀现象—进行了深入研究。　　本文在国家数控重大专项（项目编号2010 ZX04001-032）和国家自然基金项目（项目编号51465035）的资助下，以高速电主轴为研究对象，针对作用于其内部结构上的离心力及其影响做了如下研究，并得到了相关结论。　　（1）针对高速电主轴转速不断升高的特点，提出拉杆系统也会受离心力影响的观点。基于弹性力学理论和有限元法研究了拉杆系统中碟簧的离心变形问题，得出高转速时，碟簧的径向变形会削弱初始拉紧力，造成切削点偏移；同时研究了多种条件下，刀柄-主轴转子接触状况随转速的变化规律。结果表明：HSK刀柄锥面在静态、动态时与主轴转子都不是完全接触，最大接触间隙出现于中部，接触应力则分布于两端，呈“环状”；动态夹紧力会显著提高结合面的接触应力，但离心力和动态力的双重作用使得薄壁结合处间隙及范围变大，导致局部应力降低；　　（2）电主轴是由拉杆和主轴转子共同组成，针对这一特点，提出对电主轴系统需建立双转子模型的观点，并需要将离心力作为动态因子耦合入该模型。结合导纳子结构耦合理论，建立了高速电主轴单转子系统和双转子系统的动力学模型，基于此前的结果，研究了两种转子系统在刀柄-主轴转子结合部不同接触条件下的动力学响应。结果表明：拉杆是影响高速电主轴系统动力学特性的薄弱环节，主要影响低频带的动力学特性；在一定范围内提高拉力对系统固有频率的提升并不明显；高转速时，过盈量对高速电主轴系统动力学特性的影响比拉力更直接。　　（3）针对转子在高速状态下会膨胀的特点，基于弹性力学计算了转子的离心膨胀量，提出因转子膨胀而导致的气隙减小可能会增强电主轴振动的假设。为验证这一假设，针对已知参数的某型号电机，采取人为减小其转子直径的方法，利用有限元手段模拟了其气隙磁场特性，详细分析了气隙磁场和径向电磁力的变化以及电机的振动特性。结果表明：在本文所假设的转子直径变化范围内，气隙磁场和径向电磁力明显增大，电机定子的振动显著增强。说明高速电主轴内的磁-固耦合导致的电磁振动不可忽略。　　（4）提出离心膨胀导致的气隙减小现象会影响电主轴内部对流换热的假设，从对流换热系数计算所需考虑的因素出发，阐明该类边界条件对电主轴热分布和热变形计算的重要性。结合电主轴内的生热、传热及散热方式，研究了主轴转子离心膨胀和热膨胀所导致的气隙减小现象对定、转子间对流换热规律的影响，以及冷却条件与对流换热之间的关系。结果表明：该系数随气隙的减小而减小；提高冷却水功率并不能有效降低转子温升，而提高气隙间对流换热系数则会显著降低转子表面温度、温度梯度及转子轴向热变形量，在此基础上若提高冷却功率，则能显著改善转子轴向热变形特性。由此指出两种附加冷却方式，即采用转子风扇进行气隙内轴向风冷，或针对转子设计专门的冷却水通道，进行直接冷却。