复杂曲面零件广泛存在于航空飞行器、轨道交通、汽车工业、化工能源、粉末冶金以及医疗卫生等领域,加工质量与效率的要求日益提高,使车铣复合加工技术面临着新的挑战。其中,提供铣削加工直接动力的电主轴作为车铣复合B轴动力刀架的核心部件尤为关键,磁悬浮电主轴以其无机械磨损、转速高、无需润滑、具有良好的机械性能而备受关注。本文立足于磁悬浮电主轴流-固-热耦合的特性,着手研究其内部主要热源和耦合传热对温度场的影响,旨在有效降低磁悬浮电主轴内部温度和热变形,主要研究内容包括:(1)从磁悬浮电主轴结构组成和工作原理出发,通过力学分析推出了转子系统的五自由度数学模型,揭示了电磁轴承在失效前后的支承原理,基于拉格朗日方程对刚性圆盘单元和弹性轴段进行动力学建模,得出柔性转子整体动力学方程,求出刚性转子的角位移及电磁场分力等参数。(2)通过对转子系统的发热源、基本损耗及热量传递进行分析可知,磁悬浮转子系统内部有两个主要热源,一是转子绕组线圈的发热,二是定子损耗,两者发热共同引起转子系统升温;通过建立系统热力学模型和热量传递函数,推出了转子系统轴向顶端与底端之间温度表达式;分析影响转子系统升温的主要因素,可知:通电电流与转速既是电主轴使用特性的重要参数,同时也是影响电主轴温度变化的主要因素,为后续进一步的研究奠定理论基础。(3)利用有限元法进行流-固-热耦合理论分析,基于ANSYS软件,计算边界条件的设置参数,对三维模型做简化处理、网格划分前处理及后处理等,重点研究转子系统在不同通电电流与转速条件下的稳态温度场分布情况。(4)搭建测温实验平台,进一步研究通电电流与转速对磁悬浮转子系统温度场分布的影响规律。对比分析仿真与实验数据,结果表明:线圈通电电流和主轴转速与磁悬浮转子系统升温有关,随着电流和转速提升,转子系统温度成显著升高趋势;转子系统温度最高出现在电磁轴承绕组线圈处,最低温度分布在轴端,仿真得出的数据和实验所测得的数据基本吻合,验证了热力学模型和边界条件的准确性;在本文设定的工况下,水冷比风冷有稍好的冷却效果。本文所完成的有限元仿真和实验研究均为磁悬浮电主轴的结构设计和温升控制提供了重要依据。