高速转子系统在机械、纺织、运输、航空、化工、电力等领域具有广泛的应用。转子相关部件是旋转机械的核心环节,其安全性、稳定性和可靠性对整体旋转机械的安全运行有着重要的影响。随着国民经济以及国防事业的不断发展,各行业对旋转机械的研究,尤其是对高速非线性转子系统研究的要求也不断提高。大量研究表明转子系统中的非线性支承力和非线性密封力对其动力学特性有巨大影响。目前国内外针对非线性转子系统还缺乏解析的研究方法,应用数值算法很难获得转子系统精确连续的非线性分岔树,对转子系统不稳定运动解的研究也不够充分等。本文以实际转子运行中的非线性影响因素为基础进行理论建模、周期运动轨迹预测、解析分岔点判定、独立周期运动闭环轨迹求解以及数值模拟与实验验证相结合的方法研究转子-滑动轴承-刷式密封系统非线性周期运动及解析分岔动力学特性。研究关键内容概括如下:针对传统转子动力学理论无法系统解释的奇数阶次谐波共振和奇数倍超谐波共振序列现象,采用离散映射动力学法将非线性弹性支承转子动力学系统转化为离散映射动力学系统进行研究分析。对非线性转子系统周期运动进行离散,考虑时间微元内的非线性振动轨迹,采用映射结构将各微时间元内的转子运动连为链式,并结合周期性边界条件将链式映射组成闭环周期解结构,最后通过编程求解其非线性振动特性。分析了非线性弹性支承转子振动位移和速度随转速的变化规律;研究了转子系统非线性周期运动序列的稳定性和分岔条件。研究表明:在非线性弹性支承转子系统中,转子周期运动轨迹较为复杂,稳态高倍周期解收敛缓慢,鞍结分岔结构众多。研究发现了非线性弹性支承转子系统存在独立的奇数倍周期运动序列现象。奇数阶次谐波共振和奇数倍超谐波共振共同存在于某一独立运动序列之中。采用广义Reynolds方程对滑动轴承油膜的液体润滑动力学特性进行分析。考虑轴颈非线性位移与速度对油膜力增量的影响,基于数据库法建立了十三参数非线性油膜力模型。研究对比了线性油膜力模型、数据库模型和十三参数油膜力所得结果。获得了轴颈位移和速度对非线性油膜力增量和残差的影响以及不同液体润滑条件下非线性油膜力参数值。建立了非线性转子-滑动轴承系统,研究了转子系统的周期运动、特征根动力学以及倍周期分岔特性。研究发现:转子-滑动轴承系统特征根正向扫频与反向扫频所得结果呈现明显非线性现象。获得了完整且连续的特征根动力学谱线图和周期一运动至周期四运动的周期解分岔树。基于纯弹性理论建立单根刷丝与转子轴颈接触力学模型。对刷丝环进行积分得到刷式密封刷丝环力模型。考虑到刷丝弯曲变形恢复力大于气流力,忽略气流密封力,建立转子-刷式密封动力学模型。分析了转子-刷式密封系统非线性振动随转子轮盘偏心率和转速变化规律。获得了不同偏心率条件下转子-密封系统非线性振动位移与速度随转速的变化规律。讨论了转子-密封耦合动力学系统倍周期分岔与鞍结分岔对转子运动的非线性影响。研究表明,受非线性因素影响,转子-密封系统振动位移在线性共振频率点存在非线性共振峰。轮盘偏心率越大,转子非线性运动分岔点越多,不稳定运动转速范围越大。基于新十三参数油膜力和非线性密封力模型建立了转子-滑动轴承-刷式密封非线性动力学系统。针对转子中复杂运动解析困难的问题,提出了采用系数随时间变化的有限傅里叶级数定义转子非线性运动轨迹的研究方法。通过广义谐波平衡法将非线性转子-滑动轴承-刷式密封系统转化为有限傅里叶级数系数动力学系统,将求解非线性转子系统周期解问题转化为求解有限傅里叶系数动力学系统平衡点问题,通过设计高精度收敛算法求解其非线性振动特性。分析了转子-轴承-密封系统中各振动谐波项随转速变化规律。获得了转子-滑动轴承-刷式密封系统非线性运动解析解。发现了转子-滑动轴承-刷式密封系统中的两种解析分岔树。推导了中值积分定理理论公式,研究了中值数值算法的精度和稳定性条件。采用中值积分定理验证了转子系统解析结果的正确性。针对非线性弹性支承特点,设计了带有弹性橡胶圈支承的转子系统试验台;针对滑动轴承支承转子系统,设计了带有油膜轴承座和油膜轴的转子系统试验台,通过实验验证了理论结果的正确性。讨论了转子系统中的非线性周期运动与混沌的关系,提出了转子-滑动轴承-刷式密封系统非线性分岔与混沌研究方法。获得了三条由转子系统非线性周期运动进出混沌的路径。