齿轮传动是机械装备中重要的一种动力传输方式,其传动的准确度与平稳性往往决定了设备整体的动力学性能。对于齿轮对来说,由于周期性循环载荷作用,往往容易在齿根位置产生疲劳裂纹,随着裂纹故障程度的加剧,会影响传动系统的运行稳定性,甚至有可能引发重大事故。针对这些实际问题,本文以直齿轮系统为研究对象,考虑齿轮真实的基体结构,研究了齿轮裂纹在啮合过程中的扩展过程,并计算了不同裂纹扩展状态下的时变啮合刚度,并将其引入齿轮系统动力学模型,计算了裂纹齿轮在不同基体结构和不同裂纹程度下的动力学响应;通过多体动力学模型与实验方法,对比分析了齿轮裂纹对系统振动响应的影响。基于仿真和实测数据,构建了多个时域和频域指标,对齿轮裂纹故障进行了故障特征提取与分析。论文的主要研究内容包括:（1）考虑齿轮复杂基体,依据断裂力学理论,对于二维平面齿轮裂纹进行了扩展模拟,并采用实验裂纹扩展路径进行了方法验证。考虑非线性赫兹接触与复杂基体结构,采用了轮齿承载接触分析（LTCA）方法,计算了裂纹齿轮不同基体结构和不同裂纹长度下的齿轮副时变啮合刚度。基体结构参数影响分析表明腹板厚度对啮合刚度的影响大于轮缘厚度的影响;裂纹故障对单齿区啮合刚度的影响大于双齿区。（2）考虑不同齿轮基体结构,基于扩展有限元方法对齿轮空间裂纹进行了模拟,分析了不同受载状态下空间裂纹的扩展路径,部分仿真结果采用文献结果进行了验证。采用轮齿承载接触分析方法计算了含三维空间裂纹的齿轮副时变啮合刚度。研究结果表明空间非穿透裂纹首先沿齿宽方向扩展,然后沿齿厚方向扩展;三维空间贯穿裂纹对啮合刚度的影响大于非贯穿裂纹的影响。（3）考虑轴的柔性变形与轴承的线性支撑,引入裂纹齿轮副时变啮合刚度,建立齿轮转子系统有限元动力学模型,分析了裂纹程度、扭矩和基体结构参数等对动力学响应的影响,其中贯穿裂纹仿真结果采用实验方法进行了验证。参数影响分析结果表明:扭矩的增加会加剧裂纹导致的时域冲击现象,增强故障特征;随着裂纹程度的加剧,裂纹导致的时域冲击幅值逐渐增加,且频域中啮频的边频带幅值增加明显。（4）考虑齿轮轴柔性、柔性体齿轮和轴承线性支撑,采用ADAMS软件建立了裂纹齿轮系统多体动力学模型,分析了不同基体形式和裂纹程度对齿轮系统振动响应的影响。研究表明:多体动力学模型可以有效考虑轴变形导致的齿轮副齿面不对中接触,同时可以有效考虑基体结构与裂纹故障程度变化对动力学响应的影响。（5）为了有效提取裂纹齿轮系统的故障特征,首先基于单自由度模型推导了裂纹故障与减重孔结构对振动信号的调制机理,然后基于有限元动力学模型、多体动力学模型仿真结果与实测数据,采用原始信号与残余信号的时域与频域统计指标,分析了故障程度和扭矩变化对故障特征的影响规律。结果表明:扭矩的增加可以增强齿轮系统故障特征;残余信号的时域NA4*指标可以预测齿轮的故障严重程度,残余信号的频域SLF指标可用来诊断齿轮裂纹故障的演变过程。