随着近年来机车牵引重量与运行速度的不断提升,工程上对机车运行的平稳性和安全性提出了更高的要求。机车传动齿轮由于长期受到复杂轮轨激励的影响,极易在运行早期便发生故障,但在复杂的轮轨噪声影响下,由故障引起的齿轮振动响应通常十分微弱,对信号处理算法的性能要求较高,给故障诊断工作带来了极大的困难。基于此问题,考虑牵引电机-齿轮传动系统的相互作用,本文建立了机车牵引电机-齿轮箱机电耦合动力学模型。并考虑了轨道不平顺激励对机电耦合系统动态特性的影响,以齿轮不同健康状态下的时变啮合刚度作为系统内部激励,分别对负载恒定工况和轨道不平顺激扰工况下的机电耦合模型动态特性进行了研究,分析了齿轮故障特征在电气信号中的响应特性,研究了基于电气信号的机车齿轮故障诊断方法。本文的主要研究内容和结论包括:1、建立了机车牵引电机-齿轮箱机电耦合模型。其中电机模型为三相异步电动机在??静止坐标系下的数学模型;齿轮传动系统模型采用集中参数法建立,模型中考虑了支承、电机轴和轮对轴的柔性。2、仿真分析了不同负载工况下传动齿轮的振动特性。研究了不同故障类型和故障程度对齿轮振动响应特性的影响,并对轨道不平顺激扰工况下的齿轮振动特性进行了探究。3、仿真分析了机电耦合模型在不同负载工况下电机电气信号的响应特性。探究了齿轮故障特征在电气信号中的响应规律,研究了轨道不平顺激扰在电气信号时频域响应中的体现形式,并仿真分析了电气信号对齿轮故障程度变化的敏感性。4、研究了基于电气信号双树复小波的齿轮故障诊断方法,有效的解决了电气信号中由电流频率和时变负载所导致的幅值调制现象。研究结果表明,负载恒定工况下的电磁转矩信号不存在幅值调制现象,在其余负载工况下的电气信号双树复小波分解结果中,频谱中齿轮故障特征频率幅值最明显的均为第一层高频分量信号,该分量可以有效实现齿轮的故障诊断。5、探究了电机电气信号时频域特征在齿轮故障诊断中的应用。以不同劣化程度的齿根裂纹故障为内部激励,仿真计算了不同负载工况下的电气信号时频域特征,并设定评判指标对各项特征在齿轮故障程度表征中的稳定性进行评价。结果表明,相较于有量纲特征,电气信号无量纲特征表征齿轮故障程度的准确性受外部激扰和信号类型的影响最小,具有更好的稳定性。