齿轮传动系统通过主、从动齿轮的相互啮合传递运动和能量，这个过程将产生一定形式的机械振动。而诸如磨损、点蚀、制造误差、装配误差等齿轮和齿轮传动系统的各种缺陷和失效必然引起机械振动状态(或信号)发生变化。因此，在齿轮传动系统的振动信号中，蕴涵有它的健康状态(失效与否)信息，监测和分析振动信号自然就可以预测齿轮和齿轮传动系统的失效。 本文以齿轮动力学为基础，推导并建立了单级齿轮传动的一种齿轮失效的数学模型，即：齿根裂纹数学模型。研究了利用数值分析方法，求解齿根裂纹的数学模型所确定的常微分方程的边值问题，对这类齿轮失效进行数字仿真，以便从理论分析上研究齿轮损伤对齿轮振动状态变化的影响，寻找由此而产生的失效对应征兆。 由于齿轮啮合所引起的振动传播路径为：轮齿啮合点→齿轮体→轴→轴承→箱体→箱体表面，而且齿轮振动的频率成分非常复杂，在传播过程中，某些频率成分可能被衰减或过滤掉，而其它频率成分因与路径中的某个部件的固有频率相接近而被放大、增强。所以本文在第三章节中采用理论分析和频率响应函数的实测方法研究了传递路径对振动信号的影响，用脉冲响应函数表示了箱体表面测量点振动信号的形式，为进一步描述的独立变量分离法预测齿轮失效提供了理论依据。 由于轮齿传动啮合过程中，齿面接触变形的非线性和轮齿啮合间隙的存在以及齿轮传递路径的复杂性，单靠建立数学模型和传递路径的分析来完整地描述齿轮的动态行为和齿轮发生失效时对应的振动状态变化，仍有一定的困难。为此，本文在第四章节中，研究了以振动测试为基础的齿轮失效预测方法。本章吸收了数字信号分析领域的最新成果，以数学模型为基础，研究了检测齿轮失效的各种预测方法。 为了验证第四章节中的各类方法的有效性，本文的第五章研制了实验所需要的齿轮运行试验台。通过观察测量系统的可视画面，可以动态监控试验台的转速和载荷变动情况。为了预测齿根裂纹，本章首先采用断裂力学和有限元结合的方法计算了被试齿轮的齿根裂纹扩展轨迹，然后采用电火花加工