角接触球轴承作为数控车床进给系统支撑滚珠丝杠的重要部件,其性能直接决定了整机的性能与寿命。随着数控车床朝着高速度、高精度和长寿命等方向发展,轴承因高速和非平稳运行而导致的变形、打滑、碰撞、振动与噪声、温升加剧以及运行平稳性下降等问题变得愈发尖锐,从而对其进给系统的运行精度、可靠性和使用寿命等性能产生了重大影响。然而,由于角接触球轴承在非平稳工况运行过程中其内部运动关系复杂和非线性因素较多,导致其在变速工况下的动力学特性尚未揭示清楚,现已成为轴承研究领域的难点问题。因此,研究角接触球轴承在变速工况下的动力学特性,对于提高滚动轴承的动态性能具有重要意义,从而可为数控车床等机械设备的高速高精化发展提供一定的理论依据。本文以GSCK200A型数控车床纵向进给系统的角接触球轴承7603025为研究对象,结合角接触球轴承的工作原理和结构特点,通过理论分析、仿真计算与实验对其在启停工况和转速波动工况下的动力学特性进行了研究。主要研究内容包括:(1)根据角接触球轴承的工作原理和结构特点,建立了两接触体之间的接触刚度关系,获得了其在不同形式载荷作用下的内部负荷分布特性;基于轴承几何关系,得到了角接触球轴承内部元件的运动学关系。(2)基于多刚体系统动力学理论基础,采用冲击函数法和库仑法模拟轴承内部接触关系,利用ADMAS建立了角接触球轴承7603025多刚体动力学模型,研究了径向载荷、轴向载荷和内圈角加速度对其在启动过程和停止过程的保持架转速与质心运动,以及滚球与保持架之间接触力等动态特性的影响。结果表明:角接触球轴承在启停过程中,径向载荷的增大与轴向载荷的减小会导致滚球承载不均状况加重,角加速度的增大会导致滚球所受载荷不足以使得套圈引导其做纯滚动运动,从而造成轴承打滑加重,滚球与保持架接触力变大,保持架运行平稳性变差。(3)基于显式动力学基本理论,采用线弹性材料模型和对称罚函数法模拟轴承内部的接触变形,利用ANSA建立了角接触球轴承7603025多柔体动力学模型,并借助ANSYS/LS-DYNA Solver求解分析了其在不同转速波动形式(正弦波动、矩形波动和随机波动)工况下的动态性能,以及研究了波动参数(波动幅度和波动频率)对其正弦波动工况下保持架转速与质心轨迹,内圈质心轨迹,以及滚球与内圈、保持架之间接触力等动态特性的影响。结果表明:保持架转速波动形式是由内圈转速决定的;内圈转速波动幅度愈大,保持架转速波动幅度越大;内圈转速波动频率愈大,保持架转速波动频率越大;内圈转速波动幅度与波动频率越大,内圈和保持架晃动越剧烈,滚球与保持架接触力越大,保持架质心轨迹越紊乱。(4)设计并搭建了滚动轴承实验台,测量了轴承的保持架转速并将其与仿真结果对比,以及通过实验研究了角接触球轴承在启动过程和停止过程中的振动特性。结果表明:仿真结果与实验结果吻合良好,验证了所建立的角接触球轴承动力学模型的有效性;在启停过程中,径向载荷、轴向载荷越小,内圈角加速度越大,则轴承振动加速度越大,且停止过程的振动比启动过程的更剧烈。