旋转机械系统主要故障有不平衡、不对中、碰摩、轴承故障等,故障出现时会有特征信号的和频和差频成分,信号呈现不同频率信号互相调制的非高斯特征。转子系统在故障状态下振动信号通常表现出较强的非高斯性,非高斯性在频域上表现为信号中不同频率的谐波之间的非线性相位耦合关系,例如转子在不对中、碰摩等状态下振动信号中的转速倍频成分会显著增强,以及轴承发生故障后,轴承的故障特征频率、转子转频等谐波之间存在幅值调制的关系等等。传统的信号分析时常用的功率谱方法将信号中单一频率成分分开考虑,忽略了信号中的相位信息,无法识别信号中的非线性相位耦合现象。而高阶谱(双谱、三谱)分析弥补了功率谱分析的上述不足,其通过不同谐波间的相关分析,实现对信号中的调制等非线性耦合关系的检测,对转子系统故障的检测具有重要意义。论文围绕转子系统故障的非线性相位耦合特征提取,开展了如下的工作:(1)学习总结了转子系统故障中的非线性相位耦合现象,以及通过高阶谱分析提取各种故障非线性相位耦合特征的方法。(2)研究了高阶谱分析中频率分辨率、平均次数等分析参数的选择问题。提出了判断二次相位耦合的双相干阈值方法和基于双谱相位绘制转子轴心轨迹的方法。(3)开发了转子系统振动分析软件,包含时域分析、谱分析、双谱分析等分析模块,同时还具有滤波、趋势分析、谱峰标注等辅助功能。高阶谱分析模块中包含了本文所研究的全部高阶谱分析方法。软件的人机交互界面友善,计算效率高。(4)进行了转子系统的故障注入实验,在转子实验台上模拟了转子系统的不平衡、不对中、碰摩、裂纹以及轴承磨损等常见故障,分析并总结了不同故障状态下的高阶谱特征,验证了通过高阶谱检测轴承故障状态下振动信号的幅值调制现象的方法。