为了更精确地研究高速电主轴的热态特性,基于热力学理论,考虑定、转子表面粗糙度对定、转子间隙换热系数及空气摩擦损耗的影响,分别计算电主轴产热量和各传热系数,建立电主轴有限元模型,通过数值分析得到电主轴温度场及热变形情况。结果表明随着转速和定、转子表面粗糙度的增大,空气摩擦损耗量增加;定、转子间隙换热系数随着定、转子表面粗糙度的增加不断增大;定、转子表面粗糙度大的电主轴温度比粗糙度小的温度低,表明换热系数对高速电主轴温升的影响比空气摩擦损耗对其的影响更明显。

为更加准确地描述高速电主轴轴承热位移和预紧力对其摩擦力矩的影响,建立角接触球轴承摩擦力矩数学模型。结合修正的拟静力学理论建立轴承受力平衡方程,分析轴承热位移和预紧力对轴承摩擦力矩的影响规律。结果表明:轴承热位移随转速的增加而增大,在高速条件下其值较大;轴承摩擦力矩随径向热位移的增加而增加,随轴向热位移增加而缓慢增加;轴承转速越低,轴承热位移对摩擦力矩的影响越明显;轴承摩擦力矩随着轴向预紧力的增加而增加;轴承热位移和预紧力对轴承差动滑动摩擦力矩影响最大,对自旋摩擦力矩影响次之,对弹性滞后摩擦力矩的影响最弱。