本发明公开了一种齿轮箱复合故障成分分离诊断方法及装置，从齿轮箱主要部件轴承和齿轮的典型故障模式出发，结合卷积稀疏理论，提了多尺度复合正则化卷积稀疏分离诊断算法对线性混叠和耦合的复合故障进行分离。依据轴承和齿轮的故障动力学差异提出了多尺度卷积核的思想可以更好的实现与故障成分的匹配，针对复合故障信号中各成分的统计学差异提了复合正则化的稀疏模型，将模型的优化问题转化到频域实现了多尺度卷积核的融合求解，并运用交替方向乘子法中交替迭代的求解框架将频域优化问题分解为子问题交替迭代求解，实验验证了方法的可行性和有效性。实现了复合故障的有效分离和诊断，避免了高斯噪声和缓变谐波干扰。