齿轮是传动系统中的关键零件，其运行状态正常与否对企业生产具有重大影响。当齿轮出现故障，轻则影响设备的稳定性和产品质量，重则造成灾难性的生产事故。因此，对齿轮系统进行故障诊断分析，尤其是对其故障机理进行研究具有重要意义。本课题以线弹性断裂力学为基础，研究直齿圆柱齿轮的疲劳裂纹扩展及其对啮合刚度的影响，论文包括以下内容:　　(1)研究健康齿轮啮合刚度的计算方法，在韦伯啮合刚度计算模型的基础上，建立齿轮悬臂梁简化模型，综合考虑弯曲变形、接触变形和基础变形等因素，研究齿轮啮合刚度的理论解析方法，建立齿轮的时变啮合刚度曲线;利用有限元分析软件ABAQUS对齿轮接触应力进行分析，根据刚度的定义和轮齿间串、并联关系，获得刚度的数值分析结果。　　(2)研究疲劳裂纹的扩展行为，基于线弹性断裂力学，以应力强度因子判断裂纹是否扩展，使用最大周向应力准则确定裂纹扩展角度，根据Paris准则计算疲劳裂纹扩展长度，将齿轮裂纹疲劳扩展过程做线性化处理，完成齿根裂纹的扩展分析;仿真研究不同工况下齿根裂纹的扩展形貌特征，并通过疲劳试验结果加以验证。　　(3)研究不同缺陷齿轮的刚度劣化特性，从解析法和数值仿真两个角度分析初始裂纹长度为0.2mm的齿轮刚度劣化特性;基于不同尺度的裂纹扩展模型，分析裂纹故障对齿轮时变啮合刚度的影响。针对齿轮另一类典型故障——齿面剥落，分别利用解析算法和仿真工具，研究故障对齿轮弯曲变形刚度、接触变形刚度、基础变形刚度以及综合啮合刚度的影响。　　(4)缺陷齿轮剩余寿命的研究，分析加载次数与裂纹扩展进程之间的定量关系。利用有限元仿真分析齿轮疲劳寿命，并与疲劳试验进行对比，研究齿轮寿命初步评估的方法，最后对影响故障齿轮剩余寿命的因素进行探讨。