近几十年来,随着科学技术发展,机床产品与设备也日益向高速、高效、精密、多功能和自动化方向发展。一种将交流高频电机和主轴合二为一的新型主轴系统——电主轴技术被广泛地应用于高速机床产品之上。由于电机内置并且工作时轴承高速旋转,整个系统特别是主轴部分的温升以及温度场的分布状况直接决定着整台机床加工性能的优劣。本论文就是以交大昆机生产的TH5650立式加工中心的电主轴为分析对象,为提高其热性能指标而立题并展开研究的。为了分析电主轴的热态特性,本研究采用有限元理论建立电主轴的热模型,然后进行温度场、热应力场分析;最后确定并分析对电主轴热态特性影响较大的因素并提出改进措施。本文就轴承的发热及计算、传热边界条件的计算和分析,电主轴温度场和应力场的分析,改善电主主轴热态特性的方法方面作了深入的分析。在假定主轴空载运行在其设计的最高转速nM AX =8, 000rmin的工况下,本次研究完成的主要工作如下:(1)分析轴承在预紧情况下的运动关系和受力关系。分析轴承发热的原因并计算每个轴承的发热量,分析影响轴承发热量的主要因素。(2)利用传热学的基本原理和相关公式,计算各部分的对流换热系数(即有限元热分析模型的边界条件)。(3)在大型有限元计算机分析软件ANSYS9.0中,建立电主轴的2D轴对称几何模型。划分网格、细化局部网格使之成为有限元模型。(4)根据(1)、(2)计算结果,对有限元模型施加载荷与热边界条件;利用ANSYS程序计算各单元节点的稳态温度值。(5)根据计算结果分析电主轴关键部位的温度场变化情况以及温升情况,讨论改善电主轴热态特性的措施以及提出改进建议。(6)借助ANSYS分析软件对电主轴有限元模型施加温度载荷后所产生的结构应力场进行计算;对关键部件和部位的热应力情况进行分析和讨论。通过对电主轴的热分析和热应力的分析,得出如下结论:(1)当电主轴内达到热平衡时,通过对电主轴进行热分析,理论分析结果显示由于轴承自身发热以及受到电机转子发热的影响,主支承轴承外圈的平均温度接近500C,四个轴承滚珠的最高温度均超过500C ,各轴承的平均温度接近于设计的临界最高温度500C。