超高速磨削技术可以实现加工效率和加工质量的完美结合,因此被国际生产工程协会列为面向21世纪的中心研究方向之一。电主轴作为实现超高速磨削技术的核心组件,其热特性是影响超高速磨削加工效率和精度的关键因素之一,因此研究如何改善电主轴温度场分布、减小电主轴的热变形对于超高速磨削技术的发展意义重大。本课题通过理论分析和有限元仿真相结合的方法对超高速磨削平台电主轴的温度场分布、温升规律以及热变形情况进行深入研究,并结合课题电主轴的结构特点和有限元分析结果提出改善其热特性的结构改进方案,研究内容和研究结论对后续超高速磨削平台电主轴回转精度研究提供了重要研究数据。论文的主要工作如下:(1)针对超高速磨削试验平台上电主轴的基本组成结构,分析了电主轴系统的关键技术,包括轴承的预紧和润滑方式、润滑系统和循环冷却系统的工作原理等;结合传热学知识对电主轴的热源分布、散热方式、热传递过程及热变形过程进行分析研究。(2)根据理论计算公式,计算了电主轴热源生热率及其主要部位的对流换热系数;建立了电主轴有限元分析模型;将计算所得的热载荷及热边界条件加载到有限元分析软件ANSYS Workbench中,对电主轴的热特性进行有限元分析,得到了电主轴的稳态温度场、瞬态温度场以及热-结构耦合场的仿真结果,分析研究了电主轴内部的热量传递情况、温度场分布情况、温升规律以及热变形情况。(3)基于前文温度场和热-结构耦合场仿真结果,依据超高速磨削平台电主轴的结构特点对其部分结构进行了一定程度的改进,并对结构改进后的电主轴整体进行了重新建模。将重新计算得到的热载荷及热边界条件加载到改进后的电主轴模型上,得到其稳态、瞬态温度场和热-结构耦合场的仿真结果;对比原方案和新方案的仿真结果发现:前轴承处最高温度从66.8℃减小到49.8℃,下降了约25%;后轴承处最高温度从64.9℃减小到54.9℃,下降幅度约15.4%;电主轴轴端热变形得到了有效控制,安装砂轮处的轴端热变形量从88μm减小到了15μm,减小幅度达到约82%。对比结果表明本次结构改进方案有效地降低了电主轴整体温升,减小了电主轴的热变形,提高了电主轴的回转精度和平台加工精度。