本文首先介绍了经验模分解方法的基本原理和算法，然后针对其端点效应的不足，提出了几种抑制方法，并针对EMD算法精度上的不足，提出了基于微分的经验模式分解的改进算法。最后，将该算法的研究成果引入到旋转机械的故障诊断中，利用数值模拟和实验数据总结出在转子碰摩和裂纹故障的特征。本文工作分为以下几个部分： 第一章介绍了旋转机械故障诊断的理论以及技术概况，综述了时频分析的发展及其在机械故障诊断中的运用及存在的问题，分析了基于经验模式分解的时频分析方法及其研究现状，以及将该方法引入机械故障诊断的重要性。 第二章介绍了经验模式分解和时频分析的基本理论，详细分析了经验模式分解的算法过程，并且给出其算法流程。 第三章分析了经验模式分解方法的边界效应的机理，同时提出了多种抑制边界效应的方法，并运用实例比较了这几种方法的优缺点。 第四章提出了一种新的基于微分的多重经验模式分解算法，可以提高经验模式分解方法的精度，实例验证了这种新方法的有效性。 第五章以经验模式分解方法与短时傅立叶方法的结合入手，从理论和实际应用两方面对其进行了研究。 第六章将上述方法引入到机械故障诊断中，分析了这种方法在故障诊断中的重要性，结合两种旋转机械常见的故障，提出了这两种故障信号的特征。