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齿轮啮合过程中的振动信号往往呈现出非线性、非高斯性，加上强噪声的干扰，给故障特征的提取带来了较大的困难。为实现齿轮单一故障的分类和诊断，采用时序参数化的双谱分析方法，对齿轮故障模拟试验台上采集的正常状态和3种故障状态的振动信号进行了分析，根据双谱谱峰的分布及数目的差异性，实现了齿轮正常、裂纹、磨损、剥落4种状态的识别和分类。结果表明，双谱分析可以抑制背景噪声，并有效提取信号中的非高斯成分，是一种有效的故障诊断方法。