齿轮传动是最重要而且应用最广的机械传动。齿轮传动失效是齿轮箱常见故障。齿轮故障产生后,将直接影响设备的安全可靠运行,降低生产效率或造成人员伤亡等严重后果。为了预防因齿轮突发故障造成的灾难性事故,有必要研究针对齿轮的故障诊断方法。但是,由于齿轮传动系统故障的振动机理与特征十分复杂,难以实现有效而准确的故障诊断。因此,齿轮的故障诊断方法研究,具有重要的理论和工程价值。论文的主要研究内容如下:(1)介绍轮齿时变啮合刚度的计算方法,分析齿根裂纹的不同形式,在Abaqus中建立含不同大小齿根裂纹的轮齿接触有限元模型,分别计算其时变啮合刚度,得出齿根裂纹对时变啮合刚度的影响规律,并分析含裂纹齿轮的刚度变化特征。(2)分别分析含裂纹齿轮副的刚度、误差、冲击等内部激励,采用解析法建立含裂纹齿轮副的系统动力学模型,并在Matlab中计算其动态响应,并分析时变啮合刚度的变化对齿轮副动态响应的影响规律,研究含裂纹齿轮的动力学特征。(3)介绍基于模型的故障诊断理论,并在状态空间中建立故障系统模型;基于卡尔曼滤波器推导出残差信号的计算方法;利用广义似然比检验,求解出故障阈值,实现故障特征的提取。(4)进行含裂纹齿轮的故障模拟实验,得到其实测振动信号;基于卡尔曼滤波的故障诊断方法,对实验数据进行分析,以齿轮的振动数据为特征值计算出残差信号,并进一步确不同大小裂纹对应的故障阈值,实现对含裂纹齿轮副的实时故障诊断和报警。