机体轴承作为飞机机体连接的基础件,是飞机机体的关节。机体结构通过摆动或低速转动的轴承直接控制着飞机的俯仰、方向和姿态。机体轴承的工况特殊、技术要求高、可靠性要求高,且要求与机体同寿命,这对轴承的精度、寿命和可靠性提出了更高的要求。摆动机体轴承由于处于不断启停的状态,与恒速旋转运动的运动方式不同,其性能、寿命和失效形式也有所不同。其动态特性直接影响整机的定向和定位精度以及寿命,因此,对摆动机体轴承进行动力学分析,使机体轴承在摆动工况下具有良好的动态性能是非常必要的。为研究摆动机体球轴承的动态特性,本文在滚动轴承动力学理论基础上,建立摆动工况下机体球轴承非线性动力学方程组,并采用预估-校正的GSTIFF(Gear stiff)变步长积分算法对所建立的模型进行求解,得到摆动机体球轴承钢球打滑、各元件间的相互作用力以及轴承摩擦力矩等动态特性。本文以某型号机体球轴承为例,研究了轴承结构参数及工况参数对摆动运动条件下机体球轴承动态性能的影响规律。研究结果表明:摆动运动条件下机体球轴承钢球的打滑、钢球与保持架之间的碰撞力以及轴承摩擦力矩均明显大于恒速运行条件;始终位于非承载区钢球的最大打滑速度大于始终位于承载区内钢球,不断进出承载区钢球打滑位于两者之间;随着机体球轴承径向游隙的增加,钢球的打滑先急剧增加后缓慢增加;增加轴承套圈的变速时间、径向载荷和润滑剂拖动系数以及降低套圈稳定速度均有利于减小机体球轴承在摆动运动过程中钢球的打滑;摆动机体球轴承中三种不同位置处钢球与保持架的碰撞可看作钢球与保持架间的推动力或阻碍力与冲击力的叠加;始终位于非承载区钢球与保持架碰撞力大于始终位于承载区内钢球与保持架的碰撞力,不断进出承载区的碰撞力位于两者之间;随着保持架兜孔间隙的增加,不同位置处钢球与保持架间的碰撞力均不断增加;降低套圈稳定速度、润滑剂拖动系数及径向载荷以及增加轴承的变速时间均有利于减小摆动机体球轴承中钢球与保持架之间的碰撞;摆动机体球轴承摩擦力矩随着径向游隙的增大先减小后迅速增加;随着保持架兜孔间隙的增加,机体球轴承摩擦力矩呈现先增大后减小再增大的趋势;降低润滑剂的拖动系数、套圈稳定转速和径向载荷,以及增加套圈的变速时间均有利于减小机体球轴承在摆动运动过程中的摩擦力矩。最后,将轴承摩擦力矩的试验结果与动力学仿真结果进行对比,验证所建动力学模型的有效性。本文所建立的动力学模型考虑机体球轴承在摆动过程中润滑状态的变化以及保持架的动力学特性,对机体球轴承在摆动工况下的转速变化进行了实时模拟,并得到了不同时刻各元件的相互作用力及轴承摆动工况下的动态特性。通过建立的动力学仿真模型,对摆动工况下机体球轴承的动态性能进行了分析,可为摆动机体球轴承的设计和使用提供一定的理论指导,为摆动运动的滚动轴承设计奠定理论基础。