滚动轴承既是旋转机械中应用最广泛的部件之一，又是易损部件，对滚动轴承开展故障预测研究具有重要的现实意义。在故障预测过程中，从滚动轴承振动信号中提取故障特征是故障预测技术的关键。本论文以滚动轴承结构为基础，研究了滚动轴承故障的形式和外表面振动信号产生的机理，以及由于不同故障引起的不同形式的振动，证明了利用滚动轴承外部振动信号对其进行诊断的可行性。在故障特征提取过程中，因为滚动轴承振动信号是一种非平稳、非线性信号，传统的时域或频域分析技术都存在各种各样的局限性，而结合两者的时频分析技术已经成为故障特征提取技术中应用最广泛的技术，本论文分别利用了经典小波技术、提升小波包技术和希尔伯特黄变换三种不同的时频分析技术对两种滚动轴承的振动信号进行了故障频率特征提取，再根据理论计算得到的滚动轴承内圈、外圈、滚动体三种故障特征频率，验证了这三种方法在故障特征提取中的可行性和有效性。