列车齿轮传动系统将牵引电机的扭矩传递给轮对驱动列车运行,是机车的重要组成部分。齿轮传动系统工作条件十分恶劣,不仅受到传递载荷、轮轨冲击载荷的联合影响,而且还要适应轮对、构架之间复杂的相对运动。在列车运营条件下,齿轮箱系统一旦发生故障,故障就会快速发展和蔓延,若不及时发现故障并采取相应措施,会导致齿轮箱的轴承燃烧、齿轮断裂、箱体破坏、动力传递中断以及车毁人亡等重特大事故的发生,严重危及行车安全。因此,齿轮箱传动系统的故障检测与诊断研究是保证列车安全运行的关键。有效检测齿轮箱系统故障的核心在于正确认识和掌握列车实际运行条件下齿轮箱系统的故障行为规律和故障模式所呈现的本质特征。本文在建立含有齿轮传动系统的机车轨道耦合垂向动力学模型的基础上,对列车运行条件下齿轮箱系统的故障诊断方法进行研究,主要内容如下:（1）在建立含有齿轮箱传动系统的列车轨道耦合垂向动力学模型的基础上,将齿根裂纹故障引入模型中,研究齿根裂纹故障对机车各个部件振动特性的影响。首先,通过数值仿真方法得到轮对、电机、构架以及车体等机车部件在齿轮箱齿轮含有齿根裂纹故障以及不含有齿根裂纹情况下的振动信号;然后,通过时域以及频域分析方法对得到的振动信号分析对比,得到含有齿根裂纹故障情况下的机车各个部件的振动特性。同时分析了在含有轨道激励情况下机车各个部件的振动特性。（2）研究了齿轮箱齿轮含有齿根裂纹情况下采集到的机车部件振动信号存在调制现象的机理以及基于复Morlet小波小波的包络解调方法。通过建立定轴齿轮系统的动力学模型,对定轴齿轮系统在正常啮合以及含有冲击型故障下振动信号的频率特性进行分析;针对齿轮系统含有冲击型故障情况下采集到的信号会有调制现象这一问题,对常用的信号解调方法进行了研究,主要介绍了希尔伯特包络解调方法、复Morlet小波包络解调方法、复Morlet小波簇包络解调方法、复Morlet小波簇带通滤波器及其包络解调法的解调原理以及方法。（3）针对齿轮箱齿轮含有齿根裂纹故障情况下的机车各个部件振动信号微弱且易受噪声干扰问题,对基于噪声辅助分析的旋转机械故障特征增强方法进行研究。介绍了双稳态系统离散模型的数值求解方法以及双稳态系统归一化尺度变换方法。同时,提出了一种基于时域同步平均法以及随机共振原理相结合的微弱非周期信号检测方法。（4）针对齿轮箱齿轮含有齿根裂纹故障情况下,引起的机车各个部件振动信号中冲击成分提取方法进行研究。本文采用的是基于图傅里叶变换理论的振动信号冲击成分提取方法。针对图谱傅里叶变换提取到的冲击成分会受到噪声影响的问题提出了基于随机共振以及图谱理论的故障诊断方法。运用上述方法对机车振动信号进行处理可以发现基于随机共振以及图谱理论的故障诊断方法可以对机车齿轮齿根故障进行诊断。