电主轴是机床的核心功能部件,其功能是带动刀具或工件旋转,实现高速精密加工,其动态特性很大程度上决定了机床的性能和技术水平。角接触球轴承作为电主轴的核心支撑部件,其公差配合、离心力变形、热变形、弹流润滑及结构参数等对电主轴动态特性具有重要影响,直接影响加工效率、精度和质量。目前在考虑上述综合因素影响的轴承动态特性分析研究尚不充分,有必要对角接触球轴承的配合公差及动态特性参数优化进行深入研究。建立了主轴与轴承内圈及外圈与轴承座之间过盈量计算的数学模型,推导了轴承配合过盈量与配合接触角的表达式。在进一步分析套圈变形及弹流润滑对轴承内部沟道曲率中心与滚动体中心几何位置关系影响的基础上,建立了计入套圈变形和弹流润滑影响的轴承拟静力学修正模型。运用Newton-Raphson法处理非线性方程组,对轴承静动态特性参数进行了分析求解。在此基础上,采用所建立的模型研究揭示了配合过盈量对角接触球轴承接触角、接触载荷、接触应力、旋滚比和动刚度的影响规律。详细探究了轴承在不同工作转速和预紧力条件下离心力变形、热变形和润滑油膜对动刚度的影响规律,克服了现有模型无法反映过盈量、套圈变形和弹流润滑对轴承动态特性影响的不足。开发了角接触球轴承结构参数及动态特性优化软件(登记号:2014SR108520)。通过与Gupta等典型算例对比,证实了所建模型及分析结果的有效性。借助所开发的软件系统研究了滚动体材料、球径、球数、接触角和沟曲率系数对轴承动态特性参数的影响规律,从提高轴承刚度和寿命角度提出了优化轴承材料及结构参数的具体途径。研究表明:在提高轴承速度、刚度性能和自润滑能力方面,陶瓷球比钢制球更为合适;适当减小球径并增加球数可以提高轴承承载能力;减小接触角可降低自旋和陀螺滑动;选用大内沟曲率系数和小外沟曲率系数可减少摩擦热、提高旋转速度。参与搭建了角接触球轴承电主轴实验台,利用62YGC1.0-60型高速精密雕铣机电主轴进行了实验研究。测试了角接触球轴承转子系统固有频率,结合锤击试验,验证了所建模型和分析计算方法的准确性。本文提出的计算模型及相关研究结果对轴承动态性能分析及动态特性参数优化设计具有重要的参考价值。