铁路货车是我国货物运输的一种重要交通工具，轮对及滚动轴承是铁路货车的关键部件之一，其良好的工作状态是列车安全运行的重要保证。我国货运列车每年都会发生多起由轮对轴承故障引起的列车脱轨、倾覆事故，给国家财产和人民生命安全带来巨大损失。据统计，在列车运行中出现的所有故障中由滚动轴承异常引起的约占三分之一左右。与其他普通轴承相比，货车轴承由于结构复杂、承载力大、故障特征频率难于精确计算，再加上列车运行环境噪声巨大，给安全监测和故障诊断带来很大的困难。因此，研究一套行之有效的轮对轴承状态监测和故障诊断方法对预防和减少安全事故的发生具有重要的理论意义和实际应用价值。本文以我国60t级铁路货车普遍使用的RD2型轮对轴箱双列圆锥滚子轴承为研究对象，首先在利用轮对跑合实验台对多种典型故障轴承进行大量试验的基础上，分析其振动机理和振动特征。其次，针对滚动轴承在运行过程中出现的各种典型故障，应用基于时域特征参量和冲击脉冲法的状态监测方法对其实测数据进行故障判别。最后，分别应用共振解调法、小波分析法、Hilbert-Huang变换法和改进的EMD与谱峭度方法对故障信号进行故障特征提取和故障诊断，验证了这四种方法的有效性。本文的主要研究内容包括：(1)根据滚动轴承有关理论和方法，分析了其故障机理及振动特征。(2)利用轮对跑合实验台搭建了状态监测与故障诊断实验系统，包括传感器、数据采集仪和虚拟仪器分析主机等，通过实验采集了多种典型故障滚动轴承的振动信号。(3)对于状态监测，研究了基于时域特征参量的各项指标的计算方法，并将其应用到实测的滚动轴承振动信号中，成功地对故障进行了诊断。最后应用基于冲击脉冲法进行了验证。(4)针对强背景噪声下故障特征频率难于提取的特点，分别应用共振解调法、小波分析法和Hilbert-Huang变换法对故障轴承信号进行了分析，成功地提取了故障特征，识别出了故障的具体部位。在此基础上应用改进的EMD和谱峭度法对研究结果进行了验证。