电主轴技术是随着高速磨削等现代化制造技术以及高速CNC加工中心的发展和需求而发展起来的,随着电主轴转速和功率的不断提高,高速电主轴的应用越来越广泛。高速电主轴的工作转速常接近于转子系统的一阶临界转速,因此,需要对电主轴的结构,固有频率和临界转速等动态性能进行分析计算。本文利用球轴承分析计算的基本理论与方法,在分析角接触球轴承内部静力学及动力学状态和进行静、动刚度计算的基础上,应用有限元分析软件ANSYS建立电主轴球轴承—转子系统的参数化有限元模型,以提高电主轴静刚度为优化目标,对电主轴结构进行优化分析,使电主轴结构更紧凑,固有频率及临界转速更高,振动特性更好,尤其是其在临界转速内的振动特性。本文具体工作如下:以Hertz弹性接触理论为基础,对球轴承的几何关系,接触应力变形及载荷分布进行介绍。以角接触球轴承为研究对象,分析其在径向、轴向、轴向预紧及联合载荷作用下的受力变形情况,得到其静刚度。并进一步考虑了角接触球轴承高速旋转时产生的离心力、陀螺力矩及其内部运动时产生的摩擦力,对高速时角接触球轴承内部的动力学状态与动刚度进行分析计算。利用角接触球轴承刚度分析的结果,在有限元软件ANSYS中建立电主轴球轴承—转子系统的参数化有限元模型,并以提高电主轴静刚度为优化目标,对电主轴支承跨距和电机安装位置进行优化分析计算,使电主轴的静刚度提高了7.81%,并对优化前后的电主轴系统进行模态分析,发现其频率增大,其中一阶固有频率增大了1.93%。最后对电主轴进行三维模态分析,更直观的展现电主轴的前五阶振型。