主轴作为机床的核心部件,其性能是制约机床加工效率和精度的关键因素。主轴受初装预紧力的影响将产生接触变形和接触刚度,同时,随着转速和工况变化,摩擦热的产生又将改变初始变形条件对刚度产生进一步影响,而刚度是决定主轴动特性的关键参数。所以,变形是贯穿上述特性的重要因素,因此,把研究变形作为主要主线,以刚度为桥梁,系统研究主轴的静-动-热特性及其对包括主轴变形规律在内的综合特性的影响,具有重要理论意义和工程价值。本文以过盈接触理论、传热学、滚动摩擦理论和转子动力学为基础,以机械主轴为研究对象,提出主轴预紧-接触载荷-转速-温度梯度-刚度-固有频率之间的建模理论方法,并进行相关的仿真分析和实验验证,取得如下创造性成果:以赫兹接触理论为基础,建立主轴轴承的拟动力学分析模型,研究并得出主轴轴承(组)在预紧力作用下的接触载荷、接触位移、内外接触角、轴/径向位移和刚度等在静态和高速运转状态下的变化规律。基于摩擦学和传热学理论,建立主轴轴承系的摩擦生热模型和机械主轴热传递模型,采用热传递阻抗法推导出热传递方程,并对速度、预紧力、运动粘度等参数对摩擦力矩的影响进行仿真分析。以过盈理论为基础,建立轴承和主轴预装的过盈变形、热变形和高速运转下的离心力引起的耦合变形模型,探讨耦合因素对轴承内外沟道产生的变形影响,进而对接触载荷和刚度的影响规律。建立简化的主轴温度平衡方程,研究热变形对轴承游隙变化的影响、轴承球与沟道的趋近量变化规律。以转子动力学理论为基础,利用整体矩阵传递法,建立机械主轴单元的双转子动力学模型,并对其动力学特性进行分析,得出轴承跨度对主轴一阶固有频率的影响规律;同时,将预紧力对刚度的影响和温度梯度对接触刚度的影响引入传递矩阵,得到修正后的具有静-动-热特性的双转子动力学模型,并采用该模型对预紧和温度变化对主轴动特性的影响规律进行仿真分析。以材料力学和弹性力学为基础,建立皮带传动主轴在弯矩-扭矩-热变形综合作用下的主轴轴心径向变形规律模型,将皮带传动主轴的轴心径向变形分为启动初期的跳变阶段、加速时期的偏转阶段和稳定热平衡时期的回归阶段。搭建主轴静-动-热特性综合测试实验平台,进行主轴热特性测试实验、弯矩-扭矩-热变形综合作用对主轴轴心轨迹的影响实验、热变形对刚度和固有频率的影响实验等,验证上述理论方法和模型的正确性和有效性。本文通过理论建模、仿真分析和实验研究,探索主轴的静-动-热特性及其对主轴综合特性的影响规律,研究结果具有重要的理论意义和工程价值。