电主轴作为数控机床加工的核心部件之一,是先进制造技术的载体,其各项工作性能的好坏将直接影响着数控机床甚至整个制造业的发展。为保证电主轴在实际工况下正常运行和被加工产品加工质量,电主轴运行过程中所表现出来的动力学特性受到广泛的关注。本文以电主轴转子-滚动轴承系统为研究对象,以电主轴动力学分析和主轴故障机理为研究理论基础,研究电主轴转子-滚动轴承系统不对中、不平衡和碰摩单一及耦合故障情况下的动力学特性为目标。首先,本文对电主轴的基本结构、电主轴系统原理及电主轴故障机理等内容进行介绍,分析易产生故障的部位、种类和形式。并介绍了 AIC9916FS设备故障模拟诊断分析系统,为建立仿真模型,实现主轴故障动力学分析打下基础。其次,使用有限元方法和Riccati传递矩阵法对电主轴系统进行动力学建模及振动响应分析,同时依据现有实验条件对电主轴在实际运行状态下的动力学振动信号进行采集,然后对数据进行处理,并和仿真结果进行比较,得到了电主轴系统在实际运行状态下的动力学特性,并验证了所建模型的正确性,同时为后续电主轴故障动力学行为分析打下基础。然后,根据以上所做的工作,研究电主轴转子-滚动轴承系统在不对中、不平衡及碰摩故障状态下的动力学特性。为了开展以上工作,分别建立了主轴在不对中、不平衡和碰摩单一及耦合故障情况下的动力学模型,得到电主轴转子-滚动轴承系统的耦合故障动力学特征。接着基于故障转子试验台,通过设置不对中量、不平衡量和碰摩间隙及不同转速来模拟单一及耦合故障状态下转子的实际运行情况,将仿真数据和实验数据进行对比分析和处理,得到了电主轴在单一及耦合故障下的动力学特性,验证了耦合故障仿真模型的正确性。最后,根据电主轴转子-滚动轴承产生故障的机理及在故障状态下显示出来的动力学特征,综合考虑电主轴转子-滚动轴承的制造、运行磨损和安装误差等不确定性因素,运用蒙特卡洛和响应面方法对电主轴进行了可靠性分析。