齿轮箱是机械设备中最常用的连接和传递动力的通用零部件，但由于其自身结构复杂，工作环境恶劣等原因，齿轮箱比较容易出现故障，而一旦出现故障，有可能会造成巨大的经济或者人员损失，因此研究齿轮箱故障振动机理，进行故障监测与诊断具有重要意义。　　齿轮箱系统的故障类型主要有轴承类故障、齿轮类故障、箱体故障和轴类故障等，其中轴承故障占30％，齿轮故障占60％，是主要的故障类型，所以本文主要以齿轮箱中的齿轮和轴承为研究对象，分别对其进行动力学分析，研究齿轮时变啮合刚度，建立齿轮和轴承正常状况和有故障时的非线性动力学模型，分别求解其振动响应进行分析，深入了解其故障机理，为齿轮箱故障诊断奠定基础。　　本论文进行的主要工作如下:　　(1)对齿轮时变啮合刚度进行了求解，采用能量法求解齿轮的轮齿刚度，用弹性圆环理论求解齿轮的轮体刚度，并对轮体刚度求解进行了详细的推导，然后分别求解了齿轮存在点蚀、裂纹、断齿三种缺陷时的齿轮时变啮合刚度，为接下来齿轮振动响应的求解奠定基础。　　(2)对齿轮的误差激励进行分析，求解传动误差表达式，根据牛顿第二定理，应用集中参数法建立了考虑传动误差、时变啮合刚度、轴承的轴向刚度、轴的扭转刚度等因素的齿轮传动系统非线性振动模型，应用MATLAB软件中的ode求解器编程求解齿轮动力学微分方程，仿真齿轮振动响应，同时对存在缺陷的齿轮的振动响应进行了分析。　　(3)基于赫兹接触理论，运用运动学和动力学相关知识，综合考虑滚珠滑移、油膜刚度和轴承非线性时变刚度等影响因素建立了5自由度滚动轴承非线性振动模型。然后根据滚珠滚过局部缺陷时滚珠接触变形会发生变化，将滚动轴承局部故障模型引入到5自由度非线性模型中，同时对缺陷形状和尺寸不同时对应的滚珠所能接触到的缺陷深度进行分情况讨论，然后借助matlab中的ode求解器对含故障的非线性振动模型进行数值求解来仿真故障滚动轴承的振动响应，最后对仿真结果进行时域和频域分析，并且与实验信号进行对比，从理论和实验两方面验证所建模型的正确性，并为滚动轴承故障诊断与监测的研究奠定基础。　　(4)对滚动轴承外圈故障进行定量分析，分析振动响应与故障尺度变化关系，从振动信号中找到滚珠进入和滚出缺陷时的冲击点，由两个冲击点间隔时间提取反映轴承故障程度的特征参数，为滚动轴承故障定量诊断提供理论依据，验证定量诊断的可行性。并对轴承内外圈复合故障进行仿真和实验验证，为复合故障研究提供新思路。