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齿轮箱在运行过程中，转速和负载都会发生变化，是在一种变工况条件下运行，各种振动因素综合起来，得到的振动信号必然是非线性的多分量信号。因此，如何更有效地提取变工况齿轮箱故障信号是目前研究的热点和难点。研究了常用于非稳态信号分析的方法：小波变换、包络谱、经验模态分解以及魏格纳分布信号处理方法等，比较了这些方法在非稳态信号分析中的优缺点，并对小波阈值去噪、经验模态分解以及快速独立分量分析方法作出了改进。在试验台上对变工况齿轮箱故障信号进行了模拟，对其进行了特征提取并验证了部分信号分析方法的可行性。