随着高速精密加工技术的需要与机床技术的发展,作为核心部件的电主轴对机床工作性能影响重大,关于电主轴性能的研究尤为重要。电主轴高速运转时不可避免产生损耗与振动,电主轴的损耗不仅降低电主轴的工作效率,另一方面导致电主轴的温度升高烧毁电机;而电主轴的振动会影响它的加工精度和使用寿命,振动与并存的噪声会污染工作环境,因此电主轴的振动性能与损耗性能是衡量电主轴整体性能的重要指标。由于电主轴损耗是电主轴最大生热源,如果电主轴散热不理想,积存的热量最终会导致电主轴发生变形,变形的电主轴结构变化会使电磁振动特性变化。本文旨在分析电主轴损耗与电磁振动的相互关系,探索减少电主轴损耗与电磁振动的理论与方法。论文首先对电主轴的工作原理、结构与特点进行描述,并对电主轴进行电磁学理论、热学理论、热变形理论与振动学理论分析,以此为依据分析电主轴损耗、温升、热变形以及电磁振动耦合关系。论文建立了电主轴单元有限元模型,为了考虑变频器中高次谐波对电主轴电磁损耗的影响,将电主轴单元有限元模型分别与SPWM型变频器和三相正弦波外接电路模型进行耦合,建立时步有限元模型,计算定子铁心损耗、转子导条损耗以及定子绞线铜耗,分析电主轴瞬态损耗。分析结果表明在SPWM供电下,电主轴铁心损耗最大,绞线铜耗最小。利用时步有限元模型计算电主轴的电磁损耗,计算电主轴的各项换热系数,耦合到有限元软件中对电主轴进行磁-热耦合分析,分析电主轴在30000r/min转速下电主轴的电磁场和温度场变化。分析采用新型陶瓷转轴材料对电主轴温度场分布的影响,为改善电主轴热态性能奠定基础。基于电主轴的磁-热耦合模型对电主轴进行磁-热-结构耦合分析,分析电主轴稳态下的电磁场,温度场与结构场。对比分析陶瓷电主轴和金属电主轴的温度场与结构场,分析结果表明陶瓷电主轴温度低于金属电主轴,陶瓷电主轴形变量小于金属电主轴。基于电主轴机-电-热-磁耦合关系,建立的电主轴磁-热-结构耦合模型,计算热变形后的电主轴模型,通过场路耦合模型得到气隙磁密,进而计算作用在定子上的径向电磁力。探讨了电主轴定转子间隙、电主轴定子铁心槽型对电主轴电磁损耗与电磁振动的影响。仿真电主轴在8000r/min、10000r/min、12000r/min和15000r/min状态下的损耗与电磁力,找出电主轴损耗与电磁力的关系。提出利用电主轴测功机进行电主轴不同转速下温升与振动的实验,验证了仿真模型与仿真理论的正确性。