La energía eólica se considera cada vez más una opción energética global, sostenible y ecológica. Sin embargo, un obstáculo significativo para una mayor inversión en energía eólica es la alta tasa de fallos de las turbinas eólicas. La caja de engranajes desempeña un papel fundamental en el rendimiento de la turbina. En los últimos años, ha habido un aumento en el enfoque en el diagnóstico de fallos de la caja de engranajes, reflejando su criticidad y prevalencia en la industria. El promedio sincrónico en el tiempo (TSA) es una técnica principal para identificar fallos en las cajas de engranajes de turbinas eólicas utilizando señales de vibración mecánica. Generalmente, implementar TSA requiere un dispositivo que sea capaz de registrar la información de fase de un eje rotatorio. No obstante, hay situaciones en las que la instalación de dicho dispositivo presenta dificultades. Por ejemplo, las cajas de engranajes que están en uso no pueden ser detenidas para permitir la instalación de un dispositivo, y las cajas de engranajes selladas presentan desafíos al ser insertadas en el dispositivo. Esta investigación presenta una forma técnica innovadora de mejorar el método TSA sin requerir una señal de fase. El método propuesto tiene la ventaja de extraer la señal del ángulo de rotación del eje a partir de la señal de aceleración medida, incluso en condiciones no estacionarias donde la velocidad de rotación varía con el tiempo. La efectividad del método propuesto se valida a través de conjuntos de datos medidos de cajas de engranajes de turbinas eólicas con fallos reales y un conjunto de datos de un sistema de engranajes con velocidades de rotación variables.