针对变速齿轮箱时变故障检测问题,提出了一种基于局部多项式拟合稀疏算法与阶次跟踪的变速齿轮箱编码器信号瞬态特征提取算法。首先提出局部多项式拟合稀疏算法,从原始编码器信号中提取与齿轮故障相关的时域瞬态特征。然后应用阶次跟踪技术将时域非平稳瞬态特征转化为角度域的平稳瞬态特征。同时,为了解决公式化局部多项式拟合和稀疏性优化问题,基于交替方向乘子法和优化极小化,推导了一种快速收敛算法。此外,还引入了一种自适应参数选择策略从而自动选择所提出方法的适当参数。通过仿真和实验结果可知该方法能有效地提取齿轮箱的瞬态特征,并能在时变转速条件下实现齿轮箱的状态评估。