相较于其他传动类型,3K行星传动具有传动比范围更大,结构更为紧凑的特点,在现代智能装备方面具有广阔的应用前景。面向智能装备的电机-3K行星齿轮系统因其结构特殊性和电机与减速器间的机-电-磁耦合关系,使得系统激励参数丰富,动态特性复杂。同时,由于大速比的3K行星传动常运行于低速重载工况,复杂的工作环境往往使得关键部件出现故障,影响机械设备正常运行。因此,针对电机-3K行星齿轮系统开展动力学研究,分析系统故障情况下的机电信号特征,对于提高系统的稳定性,降低运行风险具有重要的理论意义和工程应用价值。针对3K行星齿轮传动现有研究中的不足,本文以适用于AGV轮毂和机器人关节等应用场景的电机-3K行星齿轮系统为研究对象,采用动力学手段,分析了时变啮合刚度、制造加工误差、电磁扭转刚度等内部参数激励和工程常见变速、冲击负载等外部工况激励联合作用下的电机-3K行星齿轮系统机电耦合动态特性,并基于此以齿根裂纹为例重点研究了存在齿轮故障时的机电信号特性。可为电机-3K行星齿轮系统的动力学设计、应用及故障诊断技术研究等提供理论指导。本文的主要研究内容如下:（1）考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、阻尼、支撑、制造误差及啮合相位等因素影响,建立了齿轮传动部分的平移-扭转集中参数动力学模型;通过考虑电机-减速器系统间的电-磁耦合、磁-力耦合关系,集成齿轮传动部分动力学模型与永磁同步电机等效电路模型,建立了电机-3K行星齿轮系统机电耦合动力学模型。（2）就外齿轮采用齿条型刀具加工和内齿圈采用插齿加工的情况,分别推导了内、外齿轮包括齿根过渡曲线在内的实际齿廓;考虑相邻轮齿间存在耦合变形和裂纹扩展对齿基与轮齿变形的影响,建立了内、外齿轮副正常和含裂纹的啮合刚度解析计算模型;将所提出的模型与有限元方法进行了对比,并分析了不同裂纹参数对啮合刚度的影响,证明了所提模型的正确性。（3）基于建立的机电耦合动力学模型,通过数值求解系统自由振动方程,分析了系统固有模态及各阶振型,探究了时变啮合刚度和电机磁场对系统固有特性的影响,借助坎贝尔图、升速扫频、时频分析、模态能量分析等方式,研究了电机转速、负载冲击、各构件制造误差等对系统动态特性的影响规律,成功识别了共振转速区域和结构薄弱环节,揭示了齿轮系统各传动构件偏心误差及不同内、外运转工况下系统的动态均载性能。（4）通过考虑传递路径和力方向投影函数对激励力的影响,导出3K行星传动箱体横向振动信号表达式;应用变分模态分解、倒谱等信号分析手段,研究了不同齿轮裂纹故障下的箱体横向振动信号与末端扭转信号特性,与只考虑减速器的模型相比,考虑电机与减速器间耦合作用的动力学模型更能反映实际箱体横向振动特征,扭转振动信号受行星架转频和电机转频影响较小,其频率边带成分较为简单,但由于3K行星减速器较大的传动比和太阳轮与输出齿圈0)间巨大的质量、转动惯量差,难以通过扭转振动信号识别太阳轮故障;采用等角度重采样与变分模态分解结合的方法,实现了变速情况下模拟信号的故障特征识别,验证了本文所提机电耦合模型模拟非平稳工况故障信号的可行性。（5）为更好的理解齿轮故障下电机定子电流特性,通过分析电机-减速器间机-电-磁相互作用,推导了定子电流AM-FM数学模型;采用时移叠加去工频频谱和包络谱等方式分析了不同裂纹故障情况下的电流信号特性,通过机电耦合模型得到的电流信号分析结果与通过AM-FM数学模型分析结果吻合,印证了本文提出的机电耦合模型的合理性;通过选用14种时域、频域统计指标对不同裂纹扩展程度下的电流信号进行了分析,结果表明频域指标的监测性能优于时域指标,可为裂纹早期扩展监测及故障诊断提供理论依据。（6）搭建了永磁同步电机驱动3K行星齿轮传动系统试验台,开展了不同齿轮裂纹故障情况下的动态响应试验研究,验证了机电耦合模型和裂纹故障下机电信号特性理论研究结果的正确性。