机械多体系统由于在制造和装配过程中存在误差，导致系统本身存在一定的随机性。对机械多体随机系统进行动态特性分析具有重要意义。飞机、火箭与船舶结构以及受地震载荷作用的框架结构设计，特别是对于武器部件结构的设计，均需要进行动力分析。由于对机械多体系统动力分析的复杂性，加之考虑随机因素的影响，所以一直以来机械多体随机系统动态特性分析都是结构分析领域的难点。因此，在实际工作中迫切需要一种计算大型随机多体系统动态响应的有效方法。　　近年来，机械可靠性设计已进入了实用阶段，为解决多体随机系统的动力分析问题提供了有效途径。机械系统可靠性理论一般是建立在概率统计的大数定律和中心极限定理基础上的。进行机械零部件的强度可靠性计算与分析，首先必须获取应力的大样本数据，并由此得到应力的分布规律;进行机构动作可靠性分析也同样需要获取机构瞬态运动特性的大样本数据。由于机械产品可靠性工作起步较晚，因此实际工程中可靠性数据积累明显不足。同时，为获得机械可靠性数据需要投入大量的人力、物力和财力。因此，机械可靠性的设计与分析工作往往因缺乏可靠性数据而难以开展。对于大型重要的机械设备而言，这方面问题更为严重。　　本文将可靠性理论与先进的动态虚拟试验技术相结合，提出一种虚拟可靠性试验方法，为进行多体随机系统动力学分析提供了有效途径。并以齿轮传动系统为研究对象，在全工况下对其进行了虚拟可靠性试验分析，以定量的概率反映系统各类随机误差对其动态特性的影响。主要研究工作如下:　　(1)建立了深沟球轴承接触载荷和变形的理论计算模型，推导了轴承滚珠与内、外圈之间接触刚度的计算方法。运用Newton-Raphson迭代法，以6408轴承为例进行了计算求解，得出载荷参数对其变形的影响规律。推导了轴承滚珠和内、外圈之间的最小油膜厚度、油膜刚度和等效综合接触刚度的计算公式，为虚拟试验奠定了基础。　　(2)对机构动作可靠性的理论和方法进行研究。在此基础上，提出一种对机械多体系统进行虚拟可靠性试验的方法，可有效分析各类随机误差对系统振动特性的影响。　　(3)对深沟球轴承进行了刚性接触虚拟可靠性试验研究。以ADAMS软件为平台，建立轴承参数化虚拟试验样机。利用ADAMS二次开发技术，通过编写产生服从正态分布伪随机数的自定义程序实现对轴承各类随机误差的有效模拟。利用ADAMS/View语言编写循环仿真程序，实现对虚拟试验样机的多次虚拟试验，并自动保存虚拟试验的结果文件。利用VC++6.0编制可靠性求取程序，自动实现对试验数据的处理，求得轴承径向跳动的可靠度，为轴承的降噪设计提供可靠依据。　　(4)对齿轮传动系统进行刚性接触虚拟可靠性试验研究。以ADAMS软件为虚拟试验平台，结合Pro/E强大的建模和二次开发技术，建立了包括齿轮副、传动轴、支承轴承和箱体在内的齿轮传动系统参数化虚拟试验样机。利用虚拟可靠性试验技术，以整个系统为研究对象，分析系统各个参数的随机误差和间隙变化对系统动态特性的影响。　　(5)提出一种基于系统结构可靠性的虚拟可靠性试验方法。该方法将概率有限元法和VC++面向对象编程技术相结合，实现对大型复杂多体系统随机问题的有效分析。利用C语言编制产生服从正态分布伪随机数程序实现对系统中各类随机误差模拟，根据仿真次数的不同随机改变确定性有限元程序中的系统参数，从而自动实现对多体系统的多次虚拟试验分析。　　(6)对深沟球轴承进行柔性接触虚拟可靠性试验。试验中，分别利用ANSYS隐式求解器和LS-DYNA显式求解器实现对轴承接触应力的数值计算。设计了轴承变形实验台，对球轴承不同载荷作用下的变形进行测量试验。将理论计算、有限元分析及试验结果进行对比，验证了有限元计算模型的合理性。在此基础上，提出一种对深沟球轴承随机误差进行可靠性灵敏度分析的有效方法，并以6408轴承作为算例，进行了可靠性灵敏度分析。通过轴承虚拟可靠性试验技术可有效分析各类随机误差对轴承系统动态接触应力和疲劳可靠性的影响。　　(7)对齿轮传动系统进行柔性接触虚拟可靠性试验。将VC++6.0编程技术与APDL相结合建立包括齿轮副、传动轴、联结键和箱体在内的齿轮传动系统参数化有限元模型。利用ANSYS求解器对齿轮啮合进行仿真试验，分析了齿轮各参数对最大接触应力的影响规律。在齿轮试验机上进行齿轮静载条件下齿根弯曲应力测量试验，验证了有限元模型的合理性。在此基础上，利用ANSYS概率设计技术实现对齿轮各参数随机误差的可靠性灵敏度分析。以LS-DYNA对传动系统进行求解计算，获取系统内部的接触应力，从而为系统疲劳可靠性分析提供计算依据。