齿轮箱是重要的动力传动部件之一,齿轮故障可能会引起动力传递失效,进而导致灾难性的后果。状态监测能够有效识别机器状态,发现故障征兆,降低故障发生率,因此对齿轮箱的状态监测是意义重大的。很多设备,如风力发电机组和斗轮挖掘机等都工作在变载荷和变转速工况下,它们产生的振动信号存在相当程度上的幅值调制和频率调制,传统的信号处理方法不能处理这种情况,因此变工况下的齿轮故障诊断方法亟需研究。本文以齿轮箱为研究对象,研究了时域同步平均方法在齿轮故障诊断中的应用,并进一步针对变转速下的特殊性,研究了基于相位解调的阶比跟踪方法。主要内容如下：1)首先分析了主要的齿轮故障形式及其产生机理,并根据齿轮箱中存在的振动源的特征建立齿轮箱振动信号的数学模型以用于后续的数据仿真。同时对各失效形式可能对应的信号特征进行了分析,并据此进行齿轮的故障诊断。2)通过对时域同步平均原理的分析证明其能有效降低随机噪声并排除其他成分的干扰,存在最优同步平均次数能将非同步周期成分完全消除；分析基于时域同步平均的特征提取方法,使用实测信号验证了各特征的效果,其中FM4、NA4和NB4能够检测出裂纹初期故障,NA4和NB4可以监测故障的发展。3)由于通过相位解调得到的相位时间关系具有相当高的精度,本文研究了两种基于相位解调的阶比跟踪技术。通过仿真数据和实测数据分析得出提出的方法的能够用于大的转速波动范围,具有较好的阶比跟踪效果。4)最后对试验数据进行了分析,分析结果显示在使用提出的阶比跟踪方法和时域同步平均方法后能够诊断出变转速下的齿轮故障。