转轴系统在工程实践中有着广泛的应用,在长期运行过程中,转轴由于摩擦损耗、交变应力以及不平衡质量的协同作用,极易萌生裂纹缺陷。如果裂纹缺陷不能得到及时检测,在高速和高载荷的运行条件下将会迅速生长,最终导致严重的安全事故,因此需要及时检测裂纹缺陷以保证转轴系统的安全运行。本文以含有直裂纹缺陷的转轴系统为研究对象,结合断裂力学和动力学理论,分析裂纹呼吸效应对于转轴刚度矩阵的影响,推导出含裂纹转轴系统的动力学方程。提出一种模块化建模方法,更加便捷地实现含裂纹转轴系统的有限元建模,相比于传统建模方式,该方法简化了裂纹预置方式,提高了动力学运算速率。将含裂纹转轴单元拆分为两个单独的模块,通过设置不同模块之间的接触属性来模拟裂纹缺陷的张开和闭合状态,更加直观地实现裂纹缺陷呼吸效应的模拟,简化了动力学分析的运算过程。仿真分析了含裂纹转轴系统在不同转速和不同裂纹深度条件下的动态特性,分别以低转速、1/2临界转速以及临界转速为转速条件,通过分析时域位移曲线和频域频率成分直观地得到裂纹缺陷对转轴系统动态特性的影响,并针对径向深度为1 mm、3 mm和5 mm的裂纹进行仿真模拟。将视觉测量方法应用于转轴系统的裂纹缺陷检测,分析了该视觉测量方法在含裂纹转轴系统状态监测方面的优越性,能够高效地得到转轴系统在径向水平和竖直方向上由于裂纹缺陷所导致的特殊振动响应。改进基于单目视觉位感条纹的测量方法,将条纹图案的粘贴方式改为在转轴表面直接喷印,避免了由于条纹图案接缝所引入的人为误差,保证了位移信号测量的准确性。通过将基于视觉测量方法得到的结果与传统位移传感器测得的结果进行对比,有效地验证了该视觉测量方法的准确性和高效性,同时也证明了前期模块化建模方法的正确性。针对含裂纹转轴系统的动态特性研究提出了一种新的建模思路和检测方法,通过分析裂纹缺陷对转轴系统动态特性的影响,为后续转轴系统中裂纹缺陷的检测与诊断打下基础。