大力矩飞轮属于反作用飞轮,由于其角加速度大、转速变化快,可以输出较大的反作用力矩,因此,又被称为大力矩飞轮。作为卫星姿态控制的关键执行机构,大力矩飞轮具有输出力矩控制精度高、响应速度快等优点,因此,被广泛应用于各种用途的高分辨率快速响应卫星中。大力矩飞轮在轨工作状态下需反复在极短的时间内完成加速、减速或正转到反转的切换,该种工况下轴承的工作状态特别恶劣,保持架与钢球、套圈的碰撞力会急剧增加,加剧保持架的磨损,造成轴承早期磨损失效。本文根据大力矩飞轮轴承组件轴承的在轨应用工况,通过角接触球轴承动力学理论,建立变转速角接触球轴承仿真模型。通过对大力矩飞轮轴承组件轴承的动态特性仿真分析,对比了匀速运转和变速运转时保持架的稳定性,分析轴承保持架的兜孔间隙和引导间隙、轴承的轴向预载荷对轴承运转稳定性的影响。通过对轴承的结构参数、保持架结构及间隙比、轴向预载荷等进行优化设计,降低轴承在快速转速过零时的钢球打滑,提高轴承在变速及转速过零运转过程中的动态特性,从设计上保证轴承长寿命、低摩擦力矩的要求。最后通过对大力矩飞轮轴承组件的轴承试验,验证仿真分析结果的正确性,很好的解决了变转速飞轮轴承运转稳定性问题。本文研究得出,与匀速运转轴承相比,变速轴承运转保持架更不稳定,适当增大轴向预载荷可有效降低保持架最大打滑率,对于本文大力矩飞轮轴承组件的轴承,配对轴承的轴向预载荷最佳控制范围为52.5N～57.5N。通过轴承动态特性分析,对保持架间隙参数就行了优化分析,最终对大力矩飞轮轴承组件进行装机跑合运转试验,验证了本文给出的数学模型的正确性与可靠性。