滚动直线导轨副是加工中心、数控设备等机械设备的关键功能部件,其性能的优劣在很大程度上影响了设备的制造水平,随着机械设备持续向高速、大型化发展,高速、重型加工机床对导向承载机构的各种性能,特别是在高速、重载条件下下的性能提出了更高要求。本文以提高高速、重载滚柱直线导轨副性能为目标,研究了其多种工况下的动、静力学特性,建立了静刚度、固有频率、动摩擦及振动分析计算模型并进行相关的实验研究,主要研究内容如下:（1）基于Hertz理论线接触力学模型,研究了滚柱、轨道接触副间应力及应变关系,建立了滑块五自由度静刚度模型。在此基础上,重点研究预紧力、滚动体结构参数及润滑状况对静刚度的影响,结合滚柱直线导轨副使用方式及承载状况进行实际工况的模拟实验,对理论研究结论进行验证,获得针对高速、重载条件下指标参数的设定依据。研究表明:当滑块处于预紧状态时,预紧力对静刚度的影响并不明显,而滚柱侧母线的增大能明显提升静刚度,因此在滚柱导轨副设计时,外形满足相关标准的情况下增大滚子母线的长度可以有效提升静刚度,从而提高导轨副的抗振性。（2）根据滚柱直线导轨副的实际工作情况,建立了基于Ansys workbench的动态仿真模型,对固有频率进行分析,并利用动态分析实验平台开展实验模态分析,实验结果与仿真结果表明:固有频率与结构参数、制造水平具有较大关系,除此之外,滑块的固有特性可通过预紧进行调节,以获得理想的导轨副动态性能。（3）基于赫兹及润滑理论建立了滚柱直线导轨副滚动体（滚柱）循环过程中牵引驱动力及摩擦力的计算模型,分析了滚柱高速循环过程中接触力的变化规律及影响因素,其中重点研究轨道出入口导向结构对滚动体受力的影响,提出一种基于“等功”原理的滑块轨道导向面设计方法,假定滚动体进入承载区时单位时间内的变形能量相同,推导出基于滚柱接触区变形量的导向过渡曲面截型的参数方程,并对滚柱通过过渡曲面时的受力情况进行分析,确保滚动体的顺畅流转,提高滚柱滑块的运动流畅性。返向器结构设计方面,提出了一种提升滚动体运动流畅性及降低噪声的返向器结构,结合动力学与运动学理论,通过计算获得确保滚动体运动流畅且噪声小的结构参数设计方法。（4）通过模拟实验的方法对优化后的产品性能进行分析,重点分析了轨道导向面对滑块动摩擦力、噪声及振动的影响,并与具有其他结构形式导向面的产品进行实验对比,验证了基于“等功”原理的导向面结构的优越性;同时对返向器优化设计后的摩擦力、运动噪声进行测试,并与改进前产品性能进行对比,为理论研究的持续改进提供支撑,并对优化后的实际效果进行了验证。