组装式离心压缩机组是大型旋转机械中应用最为广泛并且具有代表性的机组，其转子系统是多个转子-轴承系统通过齿轮啮合形成的平行轴系统。长期以来，压缩机行业在对此类转子系统进行动力学设计时，普遍采用各个转子单独分析计算动态特性（如弯曲振动和扭转振动等），单独完成转子设计，整系统功能和性能完全依靠样机试运行检验的设计方法，致使某些国产离心压缩机在工作中容易出现严重的异常振动，使产品难于达到用户运行需求，严重影响生产，造成重大的经济损失。目前国内外研究者对非齿轮耦合的转子轴承系统（各子系统）的动力学特性研究很多，对齿轮耦合平行转子-轴承系统研究相对较少。这一点与平行轴转子系统在压缩机中越来越广泛应用的发展态势相悖，在动态设计方面难于满足压缩机整体技术飞速发展的需要。只有掌握齿轮耦合多转子系统的动力学特性，才能实现该类机组动态优化设计、故障监测与诊断、剩余寿命评估。对齿轮耦合的多转子系统进行动力学特性分析，掌握其弯振、扭振、弯扭耦合振动以及系统带故障的运行状态规律对压缩机设计水平和整机性能的提升十分必要。　　基于此，本文采用有限元法建立组装式离心压缩机转子系统模型，应用转子动力学理论和现代非线性动力学求解理论，研究并提出一套适合于工程应用的轴系振动响应的计算方法，包括齿轮等耦合元件的建模方法、开发含齿轮传动转子轴系的弯曲振动以及单故障及多故障下系统的振动响应分析方法等，为提高相关设备的稳定性，实现设备长期无故障运转以及转子系统振动控制提供了理论参考。具体研究内容如下:　　(1)研究了多自由度非线性齿轮-转子-轴承系统的建模方法，包括建立齿轮啮合模型、可倾瓦轴承力模型以及齿轮-转子-轴承多轴并联模型，研究大型复杂非线性转子系统的求解方法，开发基于有限元理论的齿轮耦合转子系统非线性动力学程序包，其中主要解决的问题包括系统的弯扭响应特性特性、支承特性、齿轮啮合特性、碰摩问题引入、偏角不对中的引入、平行不对中的引入以及碰摩-不对中耦合问题等。以某企业大型多轴离心压缩机转子系统为例，研究了多自由度齿轮转子系统的非线性响应问题，一方面说明了文中研究方法的有效性，另一方面也说明对齿轮耦合类转子系统进行有限元建模及非线性分析的必要性。　　(2)建立了单转子及齿轮耦合转子系统的动力学模型，利用有限单元法编制了相关的计算程序，研究了单转子及齿轮耦合整体转子系统的固有特性问题，以及两种系统在不同工况下的不平衡响应情况。并在此基础上分析了系统转速、齿轮啮合刚度、传递误差和定转速不平衡量对齿轮啮合力的影响，得到了该类系统的响应规律。研究发现:由于齿轮啮合力的存在使系统出现了新的临界转速，应在设计工作中得到重视。在分析此类含有齿轮的压缩机转子系统的动态特性时，应将系统的啮合刚度考虑在内，以得到更为准确合理的分析结果。由于啮合刚度对这类系统中啮合力的影响非常大，所以齿轮几何和材料参数的设计也应得到应有的重视。在齿轮对设计的工程中也要做好传递误差的优化工作。一定要做好各轴的动平衡工作以确保齿轮啮合力的最优化。　　(3)建立含碰摩故障的单转子及齿轮耦合转子系统的动力学模型;研究了含碰摩故障的单转子及齿轮耦合转子系统的非线性响应，并进行两个系统的碰摩故障响应的对比分析;分析了不平衡量、碰摩间隙、碰摩刚度和碰摩摩擦系数等参数对含碰摩故障耦合转子系统非线性响应的影响。研究发现:对于该类系统由于齿轮轴的耦合作用，在振动特征甚至振动幅值上有着显著差别，因此在进行这类转子系统振动控制预测时应该充分考虑耦合作用对系统影响;轻微的碰摩将导致系统的啮合力有所增大，而严重的碰摩将减小系统啮合力，但这并不意味着碰摩对齿轮耦合系统是有益的，相反严重的碰摩将给设备带来很多随机的故障隐患;碰摩刚度和摩擦系数对齿轮啮合力的影响并不是很大。　　(4)分别建立了含偏角不对中和含平行不对中的齿轮耦合转子系统的动力学模型;研究了两种不对中故障的单转子和齿轮耦合转子系统的非线性特性;分析了不平衡量、偏角和不对中量等不同参数对耦合转子系统响应及齿轮啮合力的影响，得到了该类系统的碰摩故障的响应规律。研究发现:由于齿轮啮合作用的影响，单轴和耦合系统响应的轨迹形状已经有明显改变，并且齿轮啮合的作用将减弱不对中故障对系统的影响;在含有偏角不对中的转子系统中，不平衡量对系统的影响稍大于不对中对系统的影响;偏角对齿轮处的啮合力影响并不是很大;平行不对中对系统的影响要比偏角不对中对系统的影响要显著些。　　(5)建立了碰摩-不对中故障齿轮耦合转子系统的动力学模型，对含有碰摩-不对中故障的齿轮耦合转子系统进行研究。主要研究了不平衡量、碰摩刚度、不对中偏角以及不对中量等参数对齿轮耦合转子系统特性的影响。研究发现:不平衡量对整个系统有着显著的影响，随着不平衡量的增大不对中特性会随之被掩盖掉;碰摩系统本身有其固有特性，当碰摩刚度达到某一范围时容易在碰摩时发生共振响应，因此，在对转子系统设计时，也应该将定子及转子的刚度考虑在内，以保证设备在发生碰摩故障时有可能实现故障自愈;平行不对中和偏角不对中对碰摩-不对中故障齿轮耦合系统影响均不大，但总的来说平行不对中要比偏角不对中情况对系统的影响要稍大一些。