随着现代工业科技的快速发展和自动化程度的提高,机械设备不仅具有大型、集成、高速及重载的特点,而且其工作环境十分复杂。机械设备的某一关键部件一旦发生故障,往往会影响整台设备甚至整个生产系统的运行,不仅会造成巨大的经济损失,而且可能会导致严重的人员伤亡后果。开展机械故障诊断技术是保障设备安全可靠运行的主要措施之一,它不仅能对机械设备故障的发生以及进一步的发展做出预测,而且对故障产生的原因作出判断,提出对策以减少事故的发生。因此,对机械设备开展故障诊断技术的研究具有重要的理论意义和现实的工程价值。故障信息特征的提取是设备故障诊断技术的核心内容之一,如何从较强的背景噪声下提取出隐含故障信息的信号特征并将其应用于工程实际是故障诊断领域研究的热点。新理论、新技术和新方法方面的研究层出不穷,丰富和完善了机械故障诊断技术。本论文以齿轮箱为研究对象,以约束独立分量分析(Constrained Independent Component Analysis,cICA)为信号分析工具,深入研究了基于约束独立分量分析的齿轮箱故障诊断技术方法,通过实验验证了该方法的有效性,并应用相应的工程案例予以说明,取得了一定的效果。论文主要包括以下内容:(1)介绍独立分量分析(Independent Component Analysis,ICA)的数学基础、基本原理和算法。首先介绍ICA的数学基础,然后叙述了ICA的数学模型、模型的不确定性和可辨识性及ICA算法相关原理。最后研究了约束独立分量分析(cICA)的优点、算法介绍以及参考信号的建立。(2)从齿轮箱的结构分别阐述了各振动源的特征,并对其振动机理进行分析。介绍了齿轮箱主要零、部件(齿轮、轴和轴承)的故障类型以及相应的故障信号特征。分析了齿轮箱振动源信号的混合机理并建立了齿轮箱振动信号的模型。(3)实验验证和分析。利用实验研究论证了约束独立分量分析方法在齿轮箱故障诊断中的有效性和优势。通过动力传动故障综合试验台模拟齿轮箱常见的齿轮局部故障,应用数据采集仪和相应软件拾取了断齿和局部断齿情况下齿轮箱振动信号。然后利用cICA方法对齿轮断齿和局部断齿故障进行了特征提取和分析,得出了相应的结论,进而验证了该算法的有效性及其特点。(4)工程案例分析。针对矿用提升机传动齿轮箱故障信号的微弱性,并结合其故障信息的先验知识,将cICA方法应用于矿用提升机齿轮箱故障信号特征提取中,消除了提升机齿轮箱故障特征中的冗余信息,提取出了其故障特征,实现了提升机齿轮箱的精密故障诊断。工程应用进一步验证了cICA方法应用于齿轮箱故障诊断中的有效性和实用性,并对保障煤矿提升机安全生产具有重要的现实意义。