超高速加工与光刻加工、高能束加工、快速成型一起构成21世纪最有发展前途的四大先进制造技术。高速电主轴是数控机床实现超高速加工的基础，是决定机床高速和高精度的关键。由于电动机内置于主轴部件里，电机的损耗发热和轴承的摩擦发热不可避免的造成主轴的热变形，影响了电主轴的加工质量，严重时还会造成电主轴的损坏。因此研究电主轴的温度场分布和转子动力学性能对超高速加工中的精度和安全性具有重要的意义，是电主轴研究领域的一个重点。本文具体研究内容包括：1）根据轴承的拟动力学分析方法，对电主轴角接触球轴承进行拟动力学分析。推导了轴承的载荷、运动、位移和摩擦力矩等计算公式，计算和分析了高速主轴轴承的载荷和转速对运转性能的影响。分析结果表明：高速主轴轴承的外圈接触载荷随转速的升高而显著增加，内圈接触载荷减小，外圈接触角随转速的升高而迅速降低，内圈接触角升高。计算了高速下滚动轴承摩擦发热功率，分析了预紧载荷、转速、球数等参数对轴承发热的影响。分析结果表明：高速主轴轴承的发热随转速的升高和预紧载荷的增加而增加，球数对主轴轴承发热的影响可以忽略。上述工作为进一步的电主轴温度场计算和动力学分析奠定了基础。2）电主轴系统的动力学分析。在第二章动力学分析基础上，建立了高速角接触球轴承的接触刚度公式，计算和分析了轴承的刚度特性，分析了预紧、转速、结构参数对轴承支撑刚度的影响。分析结果表明：高速时，角接触球轴承的轴向刚度和径向刚度随预紧载荷的增加而增加，轴向刚度随转速的升高而迅速降低，径向刚度随转速的升高而稍有升高。考虑了滚动轴承的刚度随转速、载荷变化的特点，对电主轴进行动力学有限元分析，求得主轴系统的临界转速和振型等参数。3）进行了电主轴的温度场分布有限元分析和实验研究。建立了高速电主轴三维温度场热分析模型、计算了不同的传热边界条件、在三维仿真中考虑了螺旋形冷却腔这种非轴对称结构的影响，进行了电主轴的稳态和瞬态温度场仿真。在开发的电主轴实验平台上进行了温度场测量实验。在8000rpm时，进行了实验和仿真的电主轴壳体温度上升过程比较，证明仿真计算能够基本准确地再现电主轴温升过程，因此证明所建立的有限元模型和相关边界条件是合理的。在此基础上，进行了不同工况下电主轴温度场的分析，分析结果表明：内装式电机的发热和主轴轴承的摩擦发热是高速电主轴的主要热源，两者的发热都会引起主轴的温升，在电主轴结构中造成不均匀的温度场，电主轴的冷却系统对高速主轴轴承的温升有重要的影响，当冷却系统不能正常工作时，轴承温升严重，有可能损坏主轴轴承或使轴承寿命急剧下降。