齿轮箱是机械设备中常用的动力和运动传递装置,被广泛应用于工业、农业、国防、航空航天等诸多领域。研究表明,齿轮箱中因齿轮失效而造成传动系统故障的比例极大,齿面点蚀故障是齿轮传动中常见的故障之一,点蚀故障的发生会严重影响机械传动系统的可靠运行和安全性,影响设备的性能,甚至造成严重的机械事故。因此,对齿轮点蚀故障的研究具有重要意义。本文以齿轮为研究对象,重点研究齿轮点蚀故障的故障传递过程,动态响应建模以及故障诊断方法。首先,利用能量法对齿轮早期微小点蚀故障的啮合刚度进行了计算,建立了微小点蚀故障的齿轮系统动力学模型,然后对微小点蚀故障仿真模型的动态响应信号进行时域分析和频域分析,探究了齿轮早期微小点蚀故障对齿轮系统动态响应的影响规律。其次,研究了基于光纤光栅的齿轮齿根动应变测量方法并对其进行了验证,进一步利用光纤光栅测得的动应变,利用半解析计算方法分别求解了健康齿轮和中等程度点蚀故障齿轮的时变啮合刚度和齿轮系统动态响应,并对动态响应进行分析来探究齿轮中等程度点蚀故障对齿轮系统的影响。搭建了齿轮早期微小点蚀故障实验平台和齿轮中等程度点蚀故障实验平台,通过对实验测量的振动加速度信号进行分析来分别验证所建立的齿轮点蚀理论模型和仿真结果的正确性。同时对光纤光栅传感器在齿轮早期微小点蚀故障诊断中的性能进行了初步的评估。主要研究内容如下:(1)本文利用考虑齿轮滑动摩擦力影响的6个自由度的非线性齿轮系统动力学模型对齿轮早期微小点蚀故障进行了仿真建模分析,从三方面进行了齿轮系统动力学仿真与分析,即仅考虑刚度激励、仅考虑摩擦激励、综合考虑刚度激励和摩擦激励。通过分析齿轮系统动态响应在时域和频域的动态特性,探究了齿轮点蚀故障程度对齿轮动态特性的影响规律,旨在为基于模型的齿轮故障诊断提供理论指导。(2)研究了基于实验数据的齿轮时变啮合刚度及动态响应的半解析计算方法。基于光纤光栅的齿根动应变测量,提出了基于动应变测量的齿轮动态响应的计算方法,分别计算了健康齿轮和中等程度点蚀故障齿轮的时变啮合刚度和齿轮系统动态响应,并进行了故障传递机理分析。论文中根据势能原理和材料力学理论,建立了齿根弯曲应变与齿轮啮合刚度之间的关系,通过光纤光栅传感器测量的齿根动态应变计算得到齿轮在健康状态和点蚀故障状态下的啮合刚度,然后利用齿轮系统动力学模型对其动态响应进行分析研究,提出了一种半解析计算方法来求解齿轮动态响应。并通过振动加速度信号对所提出的半解析计算齿轮动态响应的方法进行了验证。(3)搭建了齿轮早期微小点蚀故障实验平台,利用振动加速度传感器对不同齿轮状态(健康齿轮和3种不同程度点蚀故障齿轮)的齿轮箱进行振动监测。通过分析振动加速度信号在时域和频域上的动态特性,进行了齿轮故障诊断,并验证了所提出的齿轮早期微小点蚀故障仿真模型的正确性。(4)光纤光栅由于拥有电类传感器不具备的优势,如:体积小,抗电磁干扰,分布式测量等诸多优点,因此本文探究了光纤光栅传感器在齿轮早期微小点蚀故障诊断中的性能表现,通过分析其在不同故障情况下的动应变响应信号对其性能进行了初步的评估。