本论文是在国家自然科学基金(No.51675258,51265039,51075372)、机械传动国家重点实验室开放基金(No.SKLMT-KFKT-201514)资助下,针对目前工程实际中日益显现的转子系统盘轴松动故障无理论支撑的情况,本项目通过动力学建模仿真和实验的方法研究了盘轴松动故障转子系统的振动特性,取得了一系列具有应用价值的创新性成果。主要从以下几个方面展开了对盘轴松动故障的研究:1.盘轴接触界面失效是盘轴松动故障的根源,对盘轴接触界面相互作用力的精确分析是合理建立盘轴松动故障转子系统模型的关键。在此针对不同松动程度的盘轴接触界面,分别基于Hertz接触理论建立了间隙配合盘轴接触模型,基于Hertz接触理论、GW模型思想建立了过盈力不足配合盘轴接触模型,并分析了盘轴接触径向力、切向力、摩擦力随各影响因素的函数关系,为盘轴松动故障转子系统动力学建模奠定基础。2.当转盘与转轴之间存在间隙时,已经是盘轴松动故障比较严重的情况,也是盘轴松动故障的典型情况。在此,建立了间隙配合盘轴松动故障转子系统的动力学模型,讨论了系统振动特性,并经过实验验证。结果表明:转盘运动状态受转轴转速Ω、盘轴弹性模量E1、E2、盘轴间隙/h、转轴振动阻尼ξ1、转盘振动阻尼ξ2、转动阻尼ξ3、转盘初始转速θ’0的影响;转轴的波形在某些转速下会存在拍振现象,既有可能是由盘轴振动导致,也有可能由盘轴碰撞导致;频谱图中出现高倍频,而且随盘轴转速差的增大,高倍频的频率越来越高;盘轴位移差随转盘转速趋于平稳而趋于平稳;盘轴碰摩会导致盘轴运动轨迹图中存在锯齿现象,盘轴摩擦力的改变会造成锯齿方向不一致,且转盘的锯齿现象更明显。3.盘轴配合过盈力不足,是盘轴松动故障的初期阶段,对盘轴松动初期阶段的研究将具有更大的工程实际价值。在此建立了过盈力不足盘轴松动故障动力学模型,讨论了系统振动特性,并经过实验验证。结果表明:转盘运动状态受转轴转速愿、接触刚度(C值)、盘轴间隙H、转盘阻尼ξ2、转动阻尼ξ3的影响,相较间隙配合盘轴松动故障转子系统变化更小更稳定;转盘水平方向的频谱图中含有转盘转动频率成分和转轴转动频率成分,并未发现盘轴碰撞频率;当盘轴同速运转时,碰撞频率主要由一倍频组成,同时含有极其微小的高倍频;当盘轴转速接近时,转盘水平方向出现拍振现象,同时盘轴位移差波形中也出现周期性类似拍振现象,碰撞频率主要由低倍频组成,同时含有微弱的高倍频成分;当盘轴转速相差较大时,碰撞频率主要由一倍频组成,同时含有微弱的高倍频和低倍频成分。随转盘相对转速的减小,转盘运动轨迹从“圆形”变为“内八字形”再变为“圆形”,“内八字”的内圈先逐渐变小,然后逐渐变大,“内八字”的外圈一直变小。4.当盘轴松动时,油膜涡动会对转轴的运动轨迹造成影响,从而影响转盘和转轴的碰摩,转盘和转轴的碰摩又会对油膜涡动造成很大扰动,在此建立了非稳态油膜力支撑下的盘轴松动故障转子系统模型,对比分析了考虑油膜力和不考虑油膜力两种支撑情况下转盘的运动状态,并研究了油膜间隙大小对轴承处和转轴中心处运动轨迹和振动特性的影响。结果表明:不考虑油膜力的转子系统转轴无量纲转速在Ω = 0.8时,即可进入高转速状态;考虑油膜力的转子系统在Ω = 1.3时,才会进入高转速状态;轴承端的运动轨迹分别在0<Det1<8、8≤Det1<180、180≤Det1≤300区间,经历类似周期运动状态、混乱状态、类似周期运动状态,运动轨迹的形状变得越来越细长,转轴中心的运动轨迹像一个不断旋转的扇形,无明显变化规律;轴承端的振动频率有转盘转动频率、转轴转动频率,当运动轨迹处于混乱状态时,会出现较微弱的其它倍频成分。转轴中心处的振动频率主要有转盘转动频率、转轴转动频率和特别高的盘轴碰撞频率,有时还会出现微弱的低倍频。转盘转动频率谐波幅值在轴承处和转轴中心处的变化基本一致,当油膜间隙较小时,幅值先急速上升,后急速下降,当油膜间隙较大时逐渐处于平稳状态。转轴转动频率谐波幅值在轴承处和转轴中心处的变化相反,当油膜间隙较小时,轴承处幅值急速上升,而转轴中心处幅值急速下降,当油膜间隙较大时都逐渐处于平稳状态。高倍频谐波幅值在1.6～2.5间来回波动。