高转速、大功率是近年来高速旋转机械的发展趋势,它在提高转子性能的同时也可能引起转子运动不稳定甚至出现失稳现象。因此转子系统的动力稳定性是近代转子动力学一个重要的研究内容。引起失稳的主要物理因素有:滚动轴承力、密封力、叶尖气隙力、转子和静子碰摩等非线性因素。本文即是针对这一问题,采用了理论建模和数值仿真相结合的研究路线,围绕着密封力数学模型的建立和转子系统的动力学特性分析两个主题展开。较为深入的探讨了转子系统的动力学特性,相应的研究工作得到了上海宝钢检修有限公司的资助,主要内容如下:　　 从理论分析与工程应用的角度出发,简要介绍了本文的研究意义。对滚动轴承力及气流激振力在国内外的研究现状、研究进展与发展趋势进行了较为全面的综述。　　 将非线性滚动轴承力模型与Alford力模型相结合,建立了转子系统的动力学模型,并研究了非线性滚动轴承力和Alford力共同作用下转子系统的非线性动力学特性。其中,滚动轴承的模型中计入了实际接触角,并将改进后的模型与已有的结论作比较,达到了较好的一致性,说明用该模型来分析转子系统的动特性是可行的。继而针对转速、滚动轴承间隙和转子偏心等因素对耦合系统动态响应的影响进行了仿真计算,并绘制了分岔图,以及一些典型的Poincare截面映射图和功率谱图。　　 详细介绍了用双控体模型计算平齿密封动特性系数的方法,并在原有的模型中引入了密封齿形角,使得改进后的双控体模型计算密封的动特性系数与实测结果更为接近,这说明用该模型来预测密封的动特性系数是可行的。通过应用该模型,进一步研究了密封的转子转速、入口预旋比、空腔数、入口压力和空腔深度比对转子系统稳定性的影响,得到以下几点结论:不论密封齿在定子还是转子上,转子转速的变化对交叉刚度的影响大于主阻尼,使得密封稳定性降低;反映迷宫密封激振力大小的交叉刚度系数与进气预旋速度近似成正比例的增长,即较大的正、负预旋比均使得气流周向流动增强,不利于转子系统的稳定性,且数值计算与试验结果所得结论较为吻合;当密封齿在转子上时,在固定的长度、空腔深度及齿形不变的情况下,存在一个最佳的空腔数,使得系统最稳定。在不同的入口压力的情况下,涡动比fΩ随着空腔深宽比的变化情况是不同的:不管密封齿所在位置,在较高的入口压力情况下,过份的加深空腔会使转子系统的稳定性下降,较浅的空腔反而对稳定性有利;但在较低的入口压力情况下时,随着空腔深宽比的增加,fΩ值反而逐渐减少,系统的稳定性也逐渐提高。　　 综合考虑了密封力和Alford力于转子一轴承系统中,建立了该系统的非线性振动方程,着重讨论了转子转速、转子质量偏心、轴承间隙、密封间隙以及密封入口压力等因素对转子系统动特性的影响。研究结果表明,适当的减少轴承间隙有助于提高转子系统的稳定性;较小的密封间隙虽可减少系统的泄漏量,但将会降低系统的稳定性:随着入口压力的增加,系统也更易出现不稳定的现象。　　 利用ABAQUS有限元软件对增压风机的转子进行了动特性研究,建立了该系统转子—滚动轴承的动力学模型。通过比较仿真计算和实际所得的一阶临界转速结果,验证了应用ABAQUS所建立的转子一滚动轴承模型具有一定的可靠性。进一步进行了转子不平衡和不同的滚动轴承间隙下的有限元仿真计算,所得结论为实际的故障诊断提供了一定的理论依据。