电主轴是高档精密机床的核心组成部件之一,其静刚度作为评定精密机床抵抗外部加工载荷能力的重要指标,不仅反映了机床抗振性、稳定性等,也是预测机床主轴部件动特性、轴承寿命和噪声的重要基础。电主轴在运行中,结构内部由于电机的磁滞损耗以及轴承的摩擦效应,会产生大量热量,这些热量一般很难被冷却液全部带走,残留热量会使电主轴滚动轴承等关键部件结构温度上升,主轴停止后引起电主轴末端静刚度等关键性能发生变化,从而影响机床加工质量。因此,研究电主轴单元静刚度等特性的热变效应及其变化规律,对于改进电主轴结构热平衡设计,提高我国精密机床设计水平具有积极意义。本文以热弹性厚壁圆环柱体基本模型及赫兹接触理论为基础,构建出主轴-角接触球轴承系统温升-静刚度热变效应解析模型。在上述温升-静刚度热变效应模型基础上,通过考虑施加不同外力载荷及相应得到的电主轴末端变形量映射关系,构建出温升影响下的电主轴单元末端静刚度热变效应解析建模方法。首先,基于热弹性厚壁圆环柱体基本模型,建立考虑温升情况下的角接触球轴承结构的热变形模型。基于角接触球轴承组件结构的热变形情况,构建角接触球轴承温升力载荷-内外圈热位移模型。在考虑轴承组件热变形的前提下对主轴-轴承系统的接触问题进行分析,结合赫兹接触理论,分析得到单个轴承的温升-静刚度解析模型。然后,通过Fluent模块仿真得到电主轴单元精确温度场模型,提取电主轴关键部位的温升信息,并将之代入到求得的轴承热位移模型中得到单个轴承的刚度。通过Fluent模块将温度传输给State Structural模块,在State Structural建立电主轴单元热-结构耦合仿真模型,并借助Bushing单元对滚动轴承各向刚度信息予以考虑,最终得到电主轴单元末端的变形响应量,进而求解电主轴单元末端静刚度值。最后,在电主轴单元温升-静刚度解析模型基础上,基于多种热态工况条件对电主轴单元静刚度进行分析,得到电主轴单元静刚度随主轴结构温度场变化的演变规律,并通过电主轴温度特性和静刚度特性实验对模型进行验证。结果表明,本文建立的电主轴单元末端静刚度热变效应解析模型能够准确地分析主轴静刚度随温度的变化规律。随着温升量的逐渐增大,主轴的轴向静刚度逐渐增大,主轴有“硬化”的趋势;随着温升量的逐渐增大,主轴的径向静刚度无明显变化,温度对径向静刚度的影响较小。该模型为电主轴单元后续动刚度分析提供理论依据。