数控机床电主轴轴承在高转速工况下,因轴承摩擦生热和电主轴定子线圈发热导致轴承内部沉积大量热量。长时间的过热工作,轴承寿命及电主轴工作精度受到严重影响。近年来的纳米流体润滑油相比较单纯润滑油来说具有导热性良好、换热性优异、润滑性能提升等优点。将石墨烯作为润滑油添加剂,在提升润滑性能的同时,是否有利于轴承腔内的换热还未有相关研究。利用分子动力学模拟和实验研究相结合的方法,分析石墨烯在Si₃N₄-GCr₁₅摩擦副中的换热特性具有重要研究意义。本文以分子动力学和传热学为基础,建立了石墨烯添加剂润滑油分子动力学模型,分析石墨烯添加量和温度对石墨烯润滑油导热性能的影响。仿真结果表明,研究温度范围（298 K～532 K）内,相同温度下,随着石墨烯添加量的增加,热导率呈先上升后下降的变化趋势,各温度下存在最优石墨烯添加量使得石墨烯润滑油导热性能最佳。相同石墨烯添加量时,石墨烯润滑油热导率随温度升高呈先上升后下降的趋势,存在最佳温度使石墨烯润滑油热导率最高。设计了以石墨烯润滑油换热性能为研究对象的实验方案,实验研究了石墨烯添加量对石墨烯润滑油换热性能的影响。实验结果表明,适量的石墨烯添加有助于提高润滑油与试件间的对流换热,但随着石墨烯添加量的增多,混合油液粘度增大,降低了流体与壁面的相互作用,对流换热系数随之减小。建立了石墨烯附着GCr₁₅轴承钢结构模型,分析石墨烯对GCr₁₅轴承钢表面导热的影响,并且研究温度对石墨烯附着GCr₁₅轴承钢结构热导率的影响。模拟结果表明,石墨烯附着层对GCr₁₅轴承钢的表面导热性能具有改善作用,温度对石墨烯附着GCr₁₅轴承钢结构的热导率影响不大。以石墨烯增强GCr₁₅轴承钢表面导热性能为目标,设计了石墨烯附着GCr₁₅轴承钢摩擦实验及热扩散实验,实验研究石墨烯对GCr₁₅轴承钢表面导热的影响。实验结果表明,石墨烯附着层能够提升GCr₁₅轴承钢表面导热性能并减少了进入GCr₁₅轴承钢内部的热量。本文研究表明,石墨烯-润滑油纳米流体在产生润滑作用的同时也起到了降温的作用。降温作用主要表现在以下几个部分。其一,石墨烯添加入润滑油提高了润滑油的导热和换热性能,石墨烯润滑油在轴承腔内壁面上分布,起到了加速导热的作用。其二,石墨烯随着润滑油进入摩擦副之间,石墨烯附着在摩擦处周围,加速了热量从摩擦位置向周围的传导。