齿轮传动系统由于其广泛性大量应用于机械传动中,是机械设备中故障频率最高的部件。为了防止齿轮的突发故障引起的灾难事故,有必要研究齿轮故障的机理与特征。齿轮传动系统复杂的工作状态及其负载都会对齿轮故障产生影响,因此对齿轮传动系统的研究显得极为困难,对齿轮传动的故障预测技术带来的阻碍是可想而知的。因此对齿轮故障的动力学建模与轮齿故障刚度的计算,具有重要的理论价值和工程价值。本文以单级圆柱直齿轮为研究对象,采用能量法建立了健康齿轮、磨损齿轮、裂纹齿轮和断齿齿轮的时变啮合刚度计算模型,对啮合刚度的时变特性做了研究。本文又建立了齿轮传动系统动力学模型,模拟了有故障和无故障齿轮传动系统并得到了齿轮传动系统的动态响应,通过将有故障和无故障的系统动态响应进行比较分析,掌握不同故障对齿轮动力学特性的影响,为齿轮传动系统故障诊断提供了理论依据。同时本文为了使齿轮传动系统仿真更加方便,建立了齿轮传动系统动力学仿真交互界面。本文主要的工作内容如下:(1)基于能量法分别对弯曲刚度、轴向压缩刚度、剪切刚度、赫兹刚度和基体刚度进行了推导,最终得到健康齿轮时变啮合刚度的计算模型。并通过数值计算软件对刚度模型进行计算,得到健康齿轮时变啮合刚度。(2)在健康齿轮刚度计算模型的基础上,结合齿轮故障特点,得到了主动轮含磨损故障、裂纹故障和断齿故障的时变啮合刚度的计算模型,并通过数值计算软件对发生故障的齿轮的时变啮合刚度进行了仿真计算,得到了故障齿轮的时变啮合刚度。(3)本文建立了 6自由度直齿轮传动系统动力学模型,引入综合时变啮合刚度作为故障激励参数,通过仿真软件模拟了健康齿轮和故障齿轮在不同故障下的的动态响应,利用时域和频域分析方法,分析动态仿真的结果;通过与健康齿轮动态响应对比,获得了齿轮故障与振动响应之间的影响规律。(4)将齿轮传动动力学仿真模型集成于一个软件之中,设计出齿轮传动动力学仿真的交互界面,通过交互界面可以更加便利对齿轮动力学模型进行仿真模拟。