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本文应用振动分析方法研究了汽车变速箱齿轮产生振动的原因和齿轮故障发生的机理。针对变速箱齿轮运行状态的振动信号的特点，根据LC5T81变速箱疲劳寿命的台架试验所采集的数据，研究了基于时序分析的变速箱齿轮运行状态的特征向量提取方法。采用模糊聚类方法确定待诊断的变速箱齿轮运行状态的特征向量与标准样本状态的特征向量的亲疏关系，从而对其进行有效的识别与诊断。最后，设计了一个基于时序分析和模糊聚类相结合的变速箱齿轮故障诊断系统。本文研究的基于时序分析和模糊聚类相结合的诊断方法为车辆变速箱故障诊断提供了新的思路，在变速箱齿轮运行状态的监控和故障诊断方面具有一定的实用价值。