多轴齿轮组装式离心压缩机是能源、石化等领域发展的前沿重大机械装备,转子系统作为多轴齿轮组装式离心压缩机的核心部件,是由多个转子通过齿轮啮合而成,且长期高负荷运转在临界转速以上,转子系统动力特性更为复杂,轴承和齿轮非线性特性对机组工作性能影响非常明显。据统计,我国能源和石油石化行业中运行的大型离心式压缩机组发生的事故以转子故障最多,普遍表现为转子振动过大、转子振动导致的结构损伤时常发生等。长期以来,压缩机制造行业对此类转子系统进行动力学设计时,仍沿用各个转子单独设计的方法,致使某些机器在工作中经常出现严重的异常振动,严重时影响生产甚至造成重大经济损失。因此,开展对多轴齿轮组装式离心压缩机的齿轮耦合多转子-轴承系统进行理论研究,掌握其动力学特性及其非线性特性与振动规律十分必要。本文在国家重点基础研究项目(973项目)“高端压缩机组高效可靠及智能化基础研究”(编号：2012CB026000)课题5“压缩机组复杂系统振动故障机理及智能联锁保护原理与方法”的支持下,以某型号五轴齿轮组装式离心压缩机为对象,开展多轴齿轮组装式离心压缩机的齿轮耦合多转子-轴承系统的动力学特性及其轴承、齿轮和负载等非线性影响规律的理论研究并进行数值模拟和模型试验验证。主要内容如下：采用线性时不变的齿轮啮合模型,提出了基于有限元法的齿轮耦合轴承转子系统动力学线性模型建立方法；根据几何畸变的相似设计方法研制了五轴齿轮组装式离心压缩机转子系统的缩尺模型试验台,通过对比确认了缩尺模型的有效性；获得该试验台转子系统的固有特性及不平衡下的振动响应计算方法,重点研究了不平衡对齿轮耦合转子系统的径向振动、轴向振动和啮合力的影响规律,利用五轴齿式压缩机动力学特性模拟实验台实验结果对计算结果进行了验证。基于流体Reynolds方程,在轴颈的静平衡假设基础上,研究了在不同负载下油膜径向轴承以及油膜推力轴承的动力学参数变化规律,建立了试验台轴承刚度与阻尼系数数据库；基于建立的数据库实现了考虑非线性油膜力的齿轮耦合转子系统动力学特性的快速计算方法,获得了考虑油膜非线性影响下负荷变化对齿轮耦合转子系统动力学特性的影响规律,对多轴齿轮组装式离心压缩机实际运行中的“临界负荷”现象进行了解释,提出了“临界负荷”的确定方法。引入非线性时不变的齿轮啮合模型,建立了考虑齿轮非线性啮合特性的多轴离心压缩机齿轮耦合转子系统整体有限元模型,实现了五轴齿轮组装式压缩机多点啮合多平行轴转子系统动力学与非线性振动的高精度仿真；从齿轮啮合力变化规律入手,系统的研究了齿轮刚度激励、齿轮间隙激励、齿轮传递误差激励以及转子系统负载等因素对转子系统齿轮啮合力的影响规律,进而获得了转子系统的振动规律,并利用试验台测试结果对计算结果进行了验证。本文的研究内容和结论可为多轴齿轮组装式离心压缩机组的动态优化设计、故障监测与诊断提供理论支撑。