燃料电池被认为是目前内燃机最理想的替代动力单元,已经逐渐走进人们的生活。控制阴极进气压力和流量的空气压缩机是燃料电池空气供给系统的关键部件之一,增加进气压力一方面可以提升燃料电池的效率和功率密度,另一方面也会增加压缩机自身的功耗和燃料电池系统的成本。体积小、重量轻、振动噪声小、压比高、响应快的特点使离心式压气机逐渐成为目前燃料电池空气压缩机的主流选择。根据某型号车用燃料电池的设计要求,本文设计了一种高压比、小流量的离心式压气机的叶轮和转子系统,并对叶轮的性能和转子—轴承系统的转子动力学特性进行了计算分析。首先,结合Concepts NREC软件的设计体系,阐述了离心式压气机叶轮气动设计的理论基础和方法。然后以设计点转速、流量和压比以及叶轮入口轮毂轮缘比r_1h/r_1t为因素,设计了四因素四水平正交试验,选择工作范围最宽的一组数据作为叶轮一维气动设计参数。依次经过一维设计、三维叶片造型和全三维计算后,得到了满足设计要求且气动性能良好的压气机叶轮。将设计得到的叶轮导入NUMECA中以深入了解叶轮内部流动结构,分析了三种不同工况下叶轮通道内涡流类型和分布的异同。完成气动设计后,对叶轮结构进行设计,计算不同载荷、不同工况下的应力分布,并完成强度校核。然后,对压气机的转子系统进行设计。对转子的两个重要组成部分——电动机转子和轴承进行了选型和设计。经过比较,选择了永磁同步电动机作为驱动源。为了比较使用球轴承和空气箔片轴承的离心式压气机转子的性能,选取了合适的球轴承,在Dy Ro Be S Be Perf中设计了满足承载力要求的空气箔片轴承,并分别计算了它们的刚度和阻尼。完成转子系统设计后,在Dy Robe S Rotor中分别建立采用球轴承和采用空气箔片轴承的转子—轴承系统,对两种系统的线性动力学特性进行了分析和对比。然后建立了采用空气箔片轴承的非线性转子—轴承系统,对其非线性瞬态响应进行了分析,确定了引起系统振动的主要原因。最后,探究了转子其他重要结构参数对转子—轴承系统临界转速的影响。