传动系统在机械设备中起到中流砥柱的作用,齿轮箱传动系统是机器非常关键的组成部分,揭示齿轮箱系统固有混沌特性并通过其开展齿轮箱健康状态的监测与诊断,对于延长机器的服役时间具有重要意义。吸引子理论作为研究相空间中系统动力学状态的理论越来越得到认识和应用,而混沌吸引子属于吸引子中的一种形态,自然可用来诠释混沌系统的混沌动力学特性和状态。齿轮箱系统是一个混沌系统,其振动信号中蕴涵着大量能够反映系统特征的信息。针对齿轮箱系统混沌特性尤其是探索高维空间中混沌吸引子的特性以及演化规律的研究相对匮乏,且齿轮箱故障特征提取缺乏挖掘混沌特性与故障之间存在的内在关系,有待进一步寻求有效的混沌特征指标实现表征与诊断。为此,本文应用相空间重构理论将一维振动信号推广到高维相空间中去将振动信号单变量时间序列中隐含的系统信息显现出来,探索研究高维空间中齿轮系统混沌吸引子的相轨迹、相点分布、递归特性,揭示齿轮箱系统的混沌特性,进而对齿轮箱系统在不同故障形式下的混沌吸引子特征提取进行表征计算和状态分析。本文深入地开展了齿轮箱混沌特性与故障诊断研究。首先,在齿轮箱故障模拟试验台上开展了振动信号采集实验,采集了不同工况条件下齿轮箱系统的振动信号,对其进行了时域和频域分析,发现齿轮箱振动信号中均含有大量的噪声,相似度较高,频域中均存在齿轮的啮合频率及其谐波成分,同时在啮合频率及其谐波两侧都会形成一系列边频带。应用小波分析法和自适应噪声集成总体经验模式分解方法,分别对采集到的齿轮箱振动信号进行了降噪分析与处理,发现两种方法降噪后高频成分得到了一定的抑制,同时保留了低频带中原有信号的特征信息。相比而言,自适应噪声集成总体经验模式分解方法更有利于消除环境噪声对振动信号的影响,且有助于突显系统本身固有的特征信息,为后续齿轮箱系统混沌特性分析和故障模式识别与诊断打下了坚实的基础。为了揭示齿轮箱运行中的混沌特性,开展了齿轮箱系统不同运行状态下的混沌特性证明研究。引入了基于相空间重构的定量判别方法,分别为关联维数、最大Lyapunov指数和Kolmogorov熵,以及功率谱定性判别方法。同时,为了验证这四种判别方法的有效性,对于Lorenz理论混沌系统首先开展了混沌特性验证研究,接着对于齿轮箱系统不同运行状态进行了混沌特性判别,发现齿轮箱系统在不同运行状态下,其关联维数均为分数值,最大Lyapunov指数和Kolmogorov熵均大于零,而功率谱均为连续宽带谱。通过联合关联维数、最大Lyapunov指数Kolmogorov熵以及功率谱的方法,共同证明了齿轮箱系统的混沌特性。为了探索齿轮箱系统混沌吸引子空间分布特性,根据相空间重构理论构造了齿轮箱不同运行状态下的混沌吸引子,并探讨了嵌入维数和延迟时间对齿轮系统混沌吸引子的影响,应用相轨迹图和相点三维直方图方法,呈现了齿轮系统混沌吸引子三维空间中相点分布形态和空间结构,并基于相点分布形态和空间结构开展了定性和定量的混沌特性表征研究。同时,采用关联维数、包含球半径、包含相点的盒子数和相点数量最大值指标,对齿轮混沌吸引子进行量化表征计算,进而对齿轮箱不同运行状态进行模式识别。结果表明,混沌吸引子的相轨迹图可直观定性地对齿轮箱不同运行状态进行识别,而包含球半径是一种基于相点分布有效的量化表征指标,可用于实现齿轮箱不同运行状态模式识别。针对齿轮箱实际工作过程中故障特征提取难的问题,引入递归思想和递归分析方法,从系统相空间中相点递归特性出发,探索递归模式与齿轮故障的映射关系,提出了将递归分析结合自适应噪声集成总体经验模式分解方法。从自相似特征角度研究递归模式与齿轮不同模式的映射关系,应用四个递归量化参数分别为递归度、确定性、分层率、熵,对齿轮箱不同运行状态进行特征提取进而故障诊断,发现这四个参数指标均能对齿轮箱不同运行状态进行有效地识别。另外,与基于混沌吸引子相轨迹进行诊断的表征参数相比较,发现递归度和熵这两个递归指标诊断效果更优。结果表明,递归分析结合自适应噪声集成总体经验模式分解方法是一种有效的特征提取用于实现齿轮箱故障识别与诊断的方法。针对目前齿轮动力学建模多以考虑单频激励作用因素为主,而实际应用中齿轮箱多为工作环境复杂恶劣,开展了考虑多频激励作用建立齿轮非线性动力学模型与故障诊断研究。定义了啮合刚度系数,探讨了多频激励参数对正常及裂纹故障模型主共振幅频特性的影响,采用增量谐波平衡法对齿轮动力学响应进行分析计算,研究了正常及裂纹故障模型的动力学特性,证实了考虑多频激励作用模型相比传统单频激励模型更能准确地描述其动力学特性,丰富了齿轮动力学建模理论。同时,利用齿轮箱混沌特性开展了裂纹齿轮不同故障程度的识别与诊断研究。通过计算混沌指标最大Lyapunov指数,发现了最大Lyapunov指数随着裂纹故障程度增加而增大的规律。本文揭示了齿轮箱系统的混沌特性,并以混沌吸引子为依据研究解决齿轮箱故障诊断问题。为机械设备状态识别与故障诊断提供了一种新的思路,具有一定的理论价值及工程应用意义。该论文有图98幅,表19个,参考文献170篇。