以一般重型精密机床典型主轴系统结构为研究对象，构建了机床主轴系统的振动模型，通过求解振动微分方程，研究了外扰为时间函数时的振动模型的解析解；获得了重型精密机床典型主轴结构在典型的工况载荷下的线性动态响应解析解；通过对滚动轴承运动学的非线性影响因素分析，重点考察滚动轴承子系统的动力效应对机床主轴系统全局动力性能的影响，建立表征和评价机床主轴旋转性能的运动学数学表达式，考查滚动轴承径向内部间隙和轴承表面波纹度两种因素下滚动轴承的Hertz接触非线性恢复力模型，并基于此模型对机床主轴系统滚动轴承局部分析，获得轴承的局部动力学数学模型；通过对滚动轴承的仿真模拟，分析了滚动轴承的动力特性对机床主轴系统动力性能的影响；最后以典型重型精密机床主轴系统的物理结构建立其有限元计算模型，对主轴单元进行静力、模态和谐响应分析。得到主轴在确定载荷形式下的动静态变形量和位移响应的稳态振动、准稳态振动和非稳态振动特性。通过对机床主轴系统在转速改变情况下非线性特性的仿真模拟，研究了主轴回转精度的非线性、非平稳特性，这为提高主轴回转系统的运行稳定性提供了依据。上述研究成果能为该类机床主轴系统的动态设计及虚拟样机仿真模拟动态响应提供准动态设计模型，也为以动态设计方法角度规划重型精密机床主轴系统动力学提供了方法论。