高速电机具有功率密度高、体积小和动态响应快等优点,对于减少装备体积和重量,提高设备性能等方面具有重要的意义,已在机械工业和国防工业等各方面获得了广泛认可和应用。由于高速电机转速非常高且转速有待上升的趋势,这给电机设计中涉及到转子部件应力的准确计算和动力学特性分析带来了一定的难度。因为如果设计不合理非常容易导致转子部件破坏和碰磨甚至共振故障的发生。因此,研究高速电机机械应力及其动力学特性对于保障高速电机的安全可靠运转是非常有必要的。本课题以两台不同类型电机为研究对象,分别针对电机转子的机械应力和动力学特性问题进行深入的分析和研究。首先,综合考虑转子部件接触处的过盈量、转子旋转时承受本身质量引起的离心力和温度场对转子部件应力的影响,根据材料力学和弹性力学的理论知识建立转子部件在不同状态下的应力解析模型,在此基础上以转子两部件间的动态过盈量大于零为限制条件,结合材料强度准则提出并确定了转子极限参数解析表达式。其次,以一台异步电机为算例,采用建立的转子部件应力解析模型,来研究该电机转子部件在不同状态下的应力分布规律,不同参数对转子护套与短路环间的接触压力及护套最大米泽斯(Mises)应力的影响规律;运用极限参数解析表达式求解该算例电机转子极限参数,对比算例电机参数值,证明了极限参数解析表达式的正确性。采用有限元法对该电机转子部件在不同状态下所承受的应力及其分布规律进行仿真,并与解析法计算的结果进行对比,通过对比分析,证明了建立的高速电机转子部件在不同状态下应力解析模型的正确性。最后,以一台永磁同步电机为算例,利用ANSYS软件建立了高速电机转子动力学特性分析的计算模型,运用该模型计算并分析了转子系统临界转速、在临界转速下的振型和不平衡响应。在此基础上研究不同参数对转子系统临界转速和不平衡响应的影响。通过试验模态方法和传递矩阵法测量和计算电机转子在自由-自由状态下的前三阶弯曲固有频率,验证了转子动力学特性分析的计算模型在该状态下的正确性。通过电机整机振动测试试验,验证了转子系统不平衡响应分析的正确性。