航空发动机、汽轮机、压缩机、风机、水泵等旋转机械,在国防、能源、电力、交通和化工等领域中得到广泛应用并发挥着重要的作用。转子系统是旋转机械的重要组成部分,转子系统的动力学特性决定着旋转机械的工作性能和结构安全。以航空发动机为代表的复杂而重要的旋转机械装备,有许多因素特别是多种故障因素都会造成其剧烈振动。在工程实际中,旋转机械的不对中故障是非常普遍的,不对中故障占到了转子系统故障的60%以上。转子系统的不对中故障将导致系统产生轴向、径向交变力,进而引起轴向振动和径向振动,振动会随不对中严重程度的增加而增大。当不对中量超差过大时,会对设备造成一系列有害的影响,对系统的稳定运行造成威胁,严重时将造成灾难性事故。本文主要研究的是旋转机械转子系统不对中故障的振动特性问题,即运用转子动力学理论和有限元理论,用数值分析和实验方法研究了单跨转子系统、串联双转子系统和内外双转子系统存在不对中故障时的振动特性。本文的工作主要包括以下几个方面：(1)介绍了转子系统动力学的基本理论,以及基于有限元法进行转子动力学分析时所需的算法原理及实现；(2)建立了单跨转子系统的力学模型,用有限元法对不同不对中程度和不同转速下的转子系统的振动响应进行了仿真分析；建立了单跨转子系统不对中故障实验台,并通过实验验证了仿真结果的合理性；(3)建立了考虑不对中故障的串联双转子系统的故障动力学方程,详细推导了不对中激励力的表达式,对具有不对中故障的串联双转子系统的振动响应进行数值仿真,模拟得到多种工况下的转子系统的振动响应；(4)针对内外双转子系统进行动力学分析,详细介绍了内外双转子系统的有限元建模过程,并分析了内外双转子轴承耦合刚度和阻尼的计算方法。分别通过MATLAB和有限元软件ANSYS计算了采用两种不同支承形式的内外双转子系统的固有频率和相应的振型,并对其特点进行了对比分析；(5)推导出了内外双转子系统支承轴承和中介轴承不对中故障的动力学模型,介绍了两种不对中故障不对中力的计算方法,对不同故障程度不同转速下具有支承轴承不对中故障和中介轴承不对中故障的内外转子系统的振动响应进行了仿真分析。最后得出在具有不对中故障的转子系统的振动频谱中会出现工频和多倍频成分,多倍频以二倍频为主,不对中越严重,二倍频所占比例越大；在不对中故障状态下,转子的轴心轨迹呈现“香蕉”形或“8”字形。