滚动轴承-转子系统是旋转机械的关键组成部分,其工作性能的好坏直接影响整机工作的稳定性。一旦滚动轴承-转子系统发生故障,可能导致整台机器运转失效,甚至造成更严重的损失。因此,开展滚动轴承-转子系统动力学特性仿真分析,研究各故障状态下滚动轴承-转子系统故障特性及产生机理,对保障滚动轴承-转子系统正常运行及开展旋转机械故障诊断等都具有十分重要的意义。本文提出一种滚动轴承-转子系统显式动力学接触表面精细化的动态接触有限元模拟方法。基于该方法,运用LS-DYNA对滚动轴承外滚道缺陷及外滚道缺陷与转子不平衡耦合故障状态下故障特性及产生机理开展研究。主要包括三部分:(1)基于滚动轴承已有运动特性及力学关系理论,充分考虑系统各部件在载荷作用下的弹性变形、各部件间接触变形及接触界面间摩擦关系,基于虚位移原理的增广拉格朗日法和显式中心差分法,提出一种用于研究滚动轴承-转子系统动态特性的显式动力学接触表面精细化的动态接触有限元模拟方法。将滚动轴承各部件节点运动特征与理论值对比,验证了该方法对滚动轴承-转子系统运动及力学特性仿真的有效性。结果表明,该模型不仅提高了模型的计算效率,还缓解了滚动轴承动态接触过程中部件运动及动态接触不稳定的情况。(2)研究了滚动轴承外滚道缺陷故障特征及产生机理,并完成实验验证。以外滚道存在缺陷的滚动轴承-转子模型为研究对象,通过分析各部件运动及动态接触特性,研究系统故障特性及产生机理。然后,对比分析外滚道具有不同尺寸缺陷状态下,各部件动态特性的变化情况,研究了不同缺陷尺寸下系统故障特性变化规律及差异化原因。最后,设计故障模拟实验,将实验数据与仿真数据对比,验证了仿真结论的有效性。结果表明,外滚道缺陷造成的故障冲击是由滚动体与缺陷边缘撞击,及于内外滚道之间“跳动”引起的。轴承工况不变的情况下,故障冲击幅值与滚动体出缺陷瞬间位于缺陷中高度成正比。当振动加速度时域波形中无二次冲击现象时,故障冲击幅值会随着缺陷尺寸增大而增大。当存在二次冲击现象时,冲击幅值会相应减小,且与缺陷尺寸无明显的相关性。(3)阐释了滚动轴承外滚道缺陷与转子不平衡耦合状态下故障特征的产生机理。将故障耦合状态下系统的运动特性及受力情况与两种故障单独作用情况对比,研究了故障耦合状态下系统故障特性。提取故障耦合状态下系统各部件运动轨迹、单元应力及接触力等仿真数据,研究故障耦合机理。随后,将仿真结论与实验结果进行对比,验证了仿真结论的有效性。最后,运用仿真结论对真实故障案例进行诊断,验证了本文研究成果对故障诊断具有辅助或支撑作用。结果表明,在滚动轴承外滚道缺陷与转子不平衡两种故障同时存在的情况下,外滚道缺陷故障冲击幅值被转频调制。振动加速度信号中的故障冲击幅值,主要由滚动体于内外滚道之间“跳动”现象引起,并且冲击幅值随着滚动体受内滚道加载力增大而增大。