由于结构紧凑、传动比大、承载能力强等优点,行星齿轮箱广泛应用于航空航天、汽车和重工业等领域。然而行星齿轮箱通常在恶劣的工作环境下运行,其关键部件齿轮和轴承的失效可能会引发设备停机,造成巨大的经济损失,甚至导致重大安全事故。如何有效的揭示行星齿轮箱中关键部件的故障特性,及时发现并解决故障,是当前研究的重点与难点。本文以行星齿轮箱中的太阳轮与太阳轮轴承为研究对象,基于所建立的刚-柔耦合模型,针对轴承滚道局部损伤故障信号微弱,特别是复合故障条件下故障信号之间互相干扰,导致轴承局部故障特征容易被强噪声淹没难以提取的难题,通过深入研究各个部件的运动规律、故障机理以及振动冲击特性,寻求出高效的轴承滚道损伤特征提取方法,推动故障诊断技术的进一步发展。首先,本文参照行星齿轮箱综合故障模拟实验台,基于三维建模软件SOLIDWORKS、有限元分析软件ANSYS以及动力学分析软件ADAMS,综合考虑齿轮啮合与轴承的相互作用以及箱体不同位置的振动特性,将太阳轮轴、行星架轴、轴承外圈连同箱体进行柔性化处理,建立了行星齿轮箱刚-柔耦合动力学模型。其次,在所建立的动力学模型基础上,对太阳轮断齿以及轴承内外滚道损伤故障模型进行了仿真分析。根据仿真条件设计实验,通过对比实验信号与仿真信号的包络谱,在频域验证了模型的正确性。基于所建立的模型对不同转速条件下以及不同轴承外滚道损伤宽度条件下的行星齿轮箱动态响应进行了研究,分析结果表明:随着转速的增加,仿真信号与实验信号的均方根值均增大;仿真信号的均方根以及故障特征频率幅值与外滚道损伤宽度存在一定的非线性关系。最后,针对受到单一径向载荷作用下的深沟球轴承,研究了轴承的载荷区域分布规律,并分析了滚动体与外滚道损伤接触的振动机理;从太阳轮轴承承载区域不断变换的特点分析太阳轮与轴承外滚道复合故障下太阳轮轴承故障信号不能通过频谱包络分析进行诊断的原因;通过滚动体通过内外滚道损伤的不同冲击特性,提出基于双通道振动加速度信号坐标变换的轴承内外滚道损伤故障特征提取方法,并通过仿真和实验验证了所提出的方法。将所提出的轴承外滚道损伤故障特征提取方法应用于非平稳状态下行星齿轮箱轴承外滚道损伤仿真信号,结果表明该方法可以高效地提取变转速下太阳轮轴承外滚道损伤故障特征。