针对齿轮早期故障振动信号故障特征微弱,具有非线性特征并且往往含有较强背景噪声从而难以提取故障特征的问题,提出了基于小波包变换与非线性时间序列的齿轮故障诊断方法.首先,利用小波包变换对微弱故障振动信号进行分解,得到处于不同频段的分量;然后,应用非线性时间序列方法对周期性冲击较为明显的分量进行降噪;最后,对降噪后的信号进行希尔伯特包络解调得到包络解调谱,便能够准确地确定故障信号的特征频率.对仿真信号与工程实际信号的分析表明,该方法能够有效地对早期微弱故障信号进行降噪,准确地提取出了齿轮的早期故障特征信息,从而验证了该方法的可行性和有效性,提供了一种齿轮早期故障诊断新方法.