随着机床向着高速、高精度和柔性自动化方向发展,人们对机床的加工精度提出了越来越高的要求。在影响机床加工精度的各种误差中,热误差占到40%~70%左右,而主轴轴承是主要的热误差源,因此控制主轴轴承温度对提高机床系统的加工精度至关重要。油气润滑作为一种高效环保的润滑方式,能够有效地控制轴承的温升,但是油气润滑效率对其参数具有较高的敏感性。不同条件下,针对不同的研究对象,油气润滑参数的影响规律呈现较大差异性。本文以油气润滑高速机械主轴为研究对象,开展了主轴滚动轴承的热态特性分析、主轴轴承温升的有限元仿真分析、油气润滑机械主轴轴承试验系统设计和主轴轴承温升试验研究。建立了主轴滚动轴承热分析模型。基于热力学和传热学的理论,对主轴的生热和传热机制进行分析;考虑机械主轴工况,分析主轴轴承的受力,然后根据Palmgren经验公式计算了轴承的摩擦生热;基于热阻网络法建立主轴单元的热传递方程,并推导出轴承外圈中心节点的温度计算公式。利用有限元软件ANSYS对主轴温度场进行仿真分析。建立了油气润滑机械主轴的有限元模型,计算了主轴前后轴承的生热率以及各个对流换热系数,研究了转速、载荷、润滑油粘度和压缩空气流量4个因素对主轴轴承温升的影响,并以主轴前端轴承在不同转速下的温升为例,说明了有限元仿真结果的合理性。搭建了油气润滑机械主轴轴承温度特性试验平台。试验台采用卧式布置的功率流开放式传动方案,分别对试验台的机械与驱动系统、油气润滑系统、温度测量系统和加载系统进行详细的设计与选型,最终完成试验台。开展了主轴轴承温升试验研究。拟定了试验方案和试验步骤,分别进行了供油量、转速、压缩空气流量对轴承温升的影响试验研究,结果表明:轴承在给定工况下存在最佳供油量,试验以转速6000r/min为例,得到最佳供油量为0.45ml/h;随着转速的增加,轴承的温升增大;随着压缩空气流量的增加,轴承温升降低,且流量越大降温效果越好。对比分析试验和仿真结果,表明二者所得影响规律的一致性。