风电齿轮箱是风力发电机组的核心部件,而行星齿轮传动系统是风电齿轮箱的重要组成部分,其故障率高且难以识别。目前,风电齿轮箱的振动机理及故障机理尚未清楚,利用行星轮多级齿轮传动系统实验台模拟风电齿轮传动系统,研究行星轮多级齿轮传动系统的非线性动力学振动特性、耦合特性及故障特性,为多级齿轮传动系统及风电齿轮箱的在线检测及故障诊断提供理论依据。本论文将采用数值仿真与实验分析相结合的方法,针对两级定轴齿轮+一级行星轮的行星轮多级齿轮传动系统进行非线性动力学特性、耦合特性及故障振动特性分析。主要研究内容采用集中质量法分别建立单级定轴齿轮、两级定轴齿轮、行星齿轮传动系统及行星轮多级齿轮传动系统的扭转动力学模型。对四种系统的模型进行无量纲化处理,得到各系统的非线性动力学微分方程。对正常状态下四种系统的非线性动力学微分方程进行求解,得到各系统的非线性动力学特性。对比单级齿轮与两级齿轮、两级齿轮与行星轮多级齿轮传动系统的动力学特性,研究两级及多级齿轮系统的动力学耦合特性及动态关联特性,研究发现多级系统的耦合特性使得一级突跳点减少,而动态关联特性将行星轮的混沌引入定轴。通过时变啮合刚度模型模拟齿轮裂纹及断齿故障,并利用综合啮合误差模拟齿轮磨损故障。分析定轴裂纹、行星轮断齿、磨损三种单一故障下各系统的故障特性,及定轴裂纹与行星轮断齿、定轴裂纹与行星轮磨损两种耦合故障下行星轮多级齿轮传动系统的故障特性。对比同种故障在不同系统中的动态特性变化,总结各类故障的故障特性及故障耦合特性,找出行星轮多级齿轮传动系统的故障频率特征及连带频率特征。通过连带频率特征识别出实验信号中的未知峰值成因,并依据连带频率特征识别出实验台故障。对行星轮多级齿轮传动系统进行稳定性分析,得到系统稳定性随间隙的变化过程。针对系统出现的亚谐共振状态,研究亚谐共振发生的区间及影响亚谐共振的参数,考察单一故障及耦合故障对系统亚谐共振及稳定性的影响。研究表明定轴裂纹及磨损故障对系统稳定性的影响较大,行星轮断齿对系统稳定性影响不大,而三者的耦合使得系统可能通过极限环破裂失稳进入混沌。