燃气轮机是对安全性和可靠性要求非常高的动力核心装置,通常应用于大型舰艇和发电领域。一旦发生故障,易引起严重事故,甚至造成重大损失。其中动力涡轮转子是其主要的核心动力旋转部件,其中支撑动力涡轮转子的滚动轴承更是故障高发的部件。结合舰船燃气轮机轴承的结构特点及运行工况,建立轴承典型故障激励力模型,对燃气轮机动力涡轮转子-轴承支撑系统进行动力学建模,开展动力涡轮-轴承支撑系统的故障振动特性及诊断研究。本文主要是对滚动轴承故障进行建模与分析。首先基于有限单元法对简单转子-轴承支撑系统进行建模,建立其动力学模型,对本文所研究的滚动轴承模型进行运动学关系分析及故障频率计算。对滚动轴承典型故障(内圈故障、外圈故障和滚子故障)激励力进行建模,仿真分析了健康状态、外圈故障、内圈故障和滚子故障下的振动信号,对以上振动信号进行时域波形和频域分析,验证了滚动轴承故障激励力模型的准确性。为后续开展燃气轮机整机滚动轴承故障不平衡响应研究奠定了基础。以舰船燃气轮机动力涡轮为参照,依据动力学相似原则采用有限元法建立动力涡轮转子动力学模型,采用特征值法求解分析动力学涡轮转子在刚性支撑和弹性支撑下的临界转速及模态振型,分析不平衡激励力大小对动力涡轮转子振动响应的影响规律及不平衡激励力施加位置对动力涡轮转子振动特性的影响分析。建立舰船燃气轮机整机(机匣-轴承-转子)动力学模型,开展整机滚动轴承单故障下不平衡激励力对振动特性的影响研究,以及滚动轴承耦合故障下整机的故障振动特性研究。