三点角接触球轴承（TPACBB）具有独特的弓形内圈滚道，是航空发动机主轴等主要设备的关键支撑部件。其独特的结构设计使其能够承受双向轴向载荷，同时具有紧凑的尺寸和出色的承载能力。在变化的外部载荷下，球与内圈两个滚道之间的接触状态会在三种可能的状态之间动态变化：非接触、单内圈滚道接触或同时接触内圈的左右两个滚道。这些复杂的瞬态接触特性会导致球与滚道之间的频繁碰撞和冲击，显著影响轴承的动态行为。这些相互作用不仅改变了内部载荷分布和球与保持架的运动，还可能加剧摩擦、磨损和局部温度升高。这些因素共同导致了轴承服务性能和寿命的下降。因此，阐明TPACBB中接触状态转换的机制并探索其在不同外部载荷下的影响对于提高TPACBB的可靠性和耐用性至关重要。
基于Jones [1,2]、Harris [3] 和 Gupta [4,5] 的基础贡献，已有大量研究致力于传统球轴承（包括深沟球轴承（DGBBs）和角接触球轴承（ACBBs）的动态特性研究。这些研究探讨了影响动态特性的关键因素，如滚道波纹度[[6], [7], [8], [9]]、润滑剂温度 [10,11] 以及多场耦合效应 [[12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23]]。进一步的工作集中在分析动态行为，包括打滑和过度打滑 [[24], [25], [26], [27]]、保持架不稳定 [17,[28], [29], [30]] 和功率损失机制 [[31], [32], [33]]。然而，这些研究主要集中在常见的轴承动态分析上，忽略了特殊结构配置（如关键弓形内圈滚道）的影响。根据内圈/外圈的设计，球轴承可以分为普通球轴承和多点接触球轴承，包括TPACBB和四点角接触球轴承（FPACBB）。弓形滚道设计可以在高速下提高性能 [34]，减少接触应力以延长疲劳寿命 [35]，但也可能增加功率损失 [36]。
研究人员开发并改进了多点接触球轴承的分析模型，以研究接触和运动特性。Hamrock等人早期提出了一个考虑离心力的双滚道TPACBB的准静态模型，并分析了球的运动和滑动摩擦 [35,37]。Leblanc等人 [33] 建立了一个考虑离心力和陀螺效应的FPACBB准静态模型，并研究了多点接触的功率损失和滑动情况，同时讨论了滚道控制理论的适用性。基于Amasorrain [38] 和 Leblanc [33] 的研究，Joshi等人 [39] 在低速下研究了FPACBB的摩擦扭矩和载荷分布。Halpin [40] 提出了最小能量状态理论，而不是滚道控制理论，以探讨运行条件对FPACBB性能的影响，如载荷分布和接触角。Li等人 [41] 使用D'Alembet原理研究了预载和不对准的影响。
虽然准静态模型适用于分析稳态行为，但动态模型对于准确研究轴承组件的瞬时运动和动态参数更为理想。以FPACBB为研究对象，Ma等人 [[42], [43]] 建立了一个非线性动态模型，以研究运行条件对球与保持架之间碰撞力的影响，并优化结构以减少打滑损伤。还通过研究载荷条件和结构参数的影响，分析了FPACBB中球与滚道之间多点接触状态动态变化的原因 [44]。Li等人 [45] 基于ADMAS软件建立了FPACBB的动态模型，并通过保持架质心轨迹的涡流半径比和旋涡速度偏差比评估了运动和不稳定性的情况。基于Gupta的动态建模方法 [4,5]，Cao等人 [46] 开发了TPACBB的动态模型，以研究垫片宽度和径向间隙对多点接触的影响。Peng等人 [47] 进一步探讨了工作条件对TPACBB打滑的影响。
有限元方法也被用于研究多点接触轴承。Olave等人 [48]、Aguirrebeitia等人 [49]、Liu等人 [50]、Heras等人 [51,52]、Lacroix等人 [53] 分别研究了FPACBB的载荷分布、摩擦扭矩、刚度和柔性环。
尽管现有研究全面探讨了多点接触轴承的载荷分布、滑动行为和保持架稳定性，但大多数研究集中在FPACBB上。相反，TPACBB中多点接触转换的基本机制尚未得到充分阐明。对TPACBB中接触状态转换的系统性分析，特别是多点接触的形成条件和空间分布，对于结构优化和性能提升至关重要。
本文开发了一个适用于TPACBB的通用非线性动态模型，并通过实验和仿真结果进行了验证。讨论了载荷条件对保持架速度、接触状态和动态性能的影响。确定了触发多点接触转换的关键载荷比。本研究为高性能应用中TPACBB的设计优化和服务寿命延长提供了理论指导。
