转动副作为最基本的运动副形式之一在机械工程中应用广泛,但转动副不可避免存在间隙,导致机械系统出现展开故障、定位精度不足、运动失稳和寿命下降等问题。因此转动副间隙及由此引起的内碰撞、摩擦和润滑等非线性因素对多体机械系统动力学特性的影响日益突出。对于极端工况条件下的转动副,通常在接触表面涂覆减摩耐磨的涂层来提高系统的工作性能。这在实际工程中已经得到了验证,但结合小间隙转动副的近似共形接触特点和转动副元素的碰撞特性对涂层/轴套基体受载时的力学行为进行研究还鲜有报道,制约了涂层的应用以及相关机械系统数值仿真精度和控制水平的提高。针对此问题,本文基于转动副的结构特点,围绕涂层轴套在静载和冲击动载荷作用下的接触力与变形关系开展了基础研究。主要完成了以下工作:(1)通过非共形接触方法和Winkler弹性基础模型分别建立了适用于轴-层状半空间、轴-单一弹性层轴套接触情况的接触力模型,证明了Winkler弹性基础模型在处理小间隙轴-孔共形接触问题时有较高精度。进而基于Winkler弹性基础模型和Hertz椭圆形压力分布假设对现有双弹性层接触力模型进行了改进,建立了一种修正的适用于静载条件的双弹性层转动副接触力模型,并进行了验证。(2)采用有限元显式动力学分析方法对轴与涂层轴套的接触碰撞过程进行了模拟,证明了在此过程中存在能量损失。进而在修正的双弹性层接触力模型基础上,通过轴与涂层轴套接触碰撞过程中的做功和能量关系推导出了阻尼力表达式,建立了考虑能量损失的双弹性层转动副接触碰撞力模型,并验证了模型的准确性。(3)最后将建立的双弹性层转动副接触碰撞力模型集成到多体系统动力学方程中,并以考虑涂层的含间隙曲柄滑块机构为例,对其动力学特性进行了分析。结果表明:转动副间隙是造成机构运动学和动力学特性与理想情况存在较大偏差的主要原因,涂层的减摩耐磨作用能防止转动副长期运转时因磨损导致间隙增大而恶化机构的动力学特性;此外较小等效弹性模量和恢复系数的涂层/基体系统则有助于改善含间隙转动副多体机械系统的工作性能。