机床是制造加工业的依托和载体,主轴是其核心部件,随着工业化程度的不断提高,机床主轴逐渐向高速、高精密方向发展,具有高速、高精密性能机床主轴的出现,极大提高了现代加工制造业的效率,并广泛应用于航天、军工、冶金等多个领域。然而受其高速旋转、高精密装配以及结构布局等多方面因素影响,在使用过程中,机床主轴仍然存在着许多问题,诸如高速旋转下的轴承摩擦发热以及系统刚度不足等引起的问题。而电主轴同时具有机床主轴高速、高精密等性能,因此论文以电主轴为研究对象,针对其在工作过程中变形、发热、刚度等问题,展开如下研究工作。由于角接触球轴承良好的力学性能,已广泛的应用于高速、高精密电主轴上,因此论文首先从单个角接触球轴承入手,基于赫兹接触理论,建立角接触球轴承的受力数学模型,分析在外部轴向载荷、联合载荷、预紧载荷作用下轴承的变形与接触角的变化,利用牛顿-拉佛逊数值迭代法对其进行求解,开发了解析计算软件并设计了可视化人机交互软件界面;为防止因预紧力或外载荷过大而造成轴承失效,从角接触球轴承极限接触状态入手,分析球轴承的最大极限轴向推力载荷,推导轴承最大外载荷的计算公式。通过RomaxDesigner对单个角接触球轴承进行受力分析,验证理论计算的正确性。在分析单个角接触球轴承的基础上,建立轴承-转子模型,分析在不同预紧力作用下,轴承-转子的静态刚度、固有频率、临界转速等变量的变化趋势;并采用控制变量法分析额定径向外载荷下,均匀预紧力和非均匀预紧力对轴承-转子系统变形的影响;最后分析了冲击载荷下,预紧力对电主轴性能的影响。设计了可以提供均匀预紧力和非均匀预紧力的载荷施加装置以及整体实验平台结构,并给出了拟测量项目和测量方案;通过计算轴承在预紧载荷作用下产生的摩擦力矩,以此计算预紧力引起的轴承温升,依据温升、变形对预紧力进行优化。本文针对角接触球轴承和轴承-转子系统模型,从理论计算和仿真模拟两部分研究预紧力对主轴性能的影响,依据工程上对电主轴预紧力可调节的要求,设计了实验平台以及给出测量项目和测量方案;并根据寿命、变形、温升给出特定轴承的合理预紧范围。