为了改变目前传动系统设计手段落后的现状,加快产品更新换代的步伐,本文以多级齿轮传动系统为研究对象,围绕空间齿轮传动系统的最优布局设计问题展开研究,提出了空间齿轮传动系统方案设计、主要参数优化方法和零件空间布局优化三步走的思想和方法。首先,简述了空间齿轮传动系统方案设计的一般过程,提出了空间齿轮传动系统的功能需求的表达方法,根据实际应用情况建立了常用齿轮传动系统方案基库和设计方案的求解方法。其次,分析了前述空间齿轮传动系统方案的组成特点,为实现优化设计模型的自动化表达,根据圆柱齿轮和圆锥齿轮传动系统的主要设计参数设计特点,建立了每一种齿轮传动系统类型的优化设计数学模型通用表达式,提出实现空间齿轮传动系统优化的目标函数、设计变量和约束条件等函数的自动生成方法,为优化设计模型的快速、准确建立提供了便利。再次,以空间齿轮传动系统优化后的主要设计参数最优解为基础,提出空间齿轮传动系统组成零件的空间位置布局优化数学模型,为空间齿轮传动系统方案的多个空间布局方案解集求解奠定了基础。最后,应用快速设计理念,采用系统化编程方法,利用Visual Basic6.0软件平台开发了实用性较好的人机交互式自动化设计系统,实现了空间齿轮传动系统的方案设计、主要参数优化设计和零件空间最佳布局的集成可视化设计。通过实例验证,说明所研制的空间齿轮传动系统自动化设计软件可以胜任空间齿轮传动系统的方案设计、主要设计参数优化设计和零件空间布局优化设计工作,同时也证明所提出的空间齿轮传动系统的设计理论与方法是可靠适用的,优化后的数据结果与优化前对比表明,主要设计参数决定的总体积明显下降;空间布局优化后的传动零件三维布局方案所占体积都较常规的展开式布置方式有不同程度的减小,由于方案较多,对拓宽设计师的视野有较大的推动作用。综上所述,研究中提出的空间齿轮系统的最优布局设计理论与方法是可行的,依据这些理论研制的自动分析系统对缩短空间齿轮传动系统产品研发的周期、降低其研发费用、提高其设计效率和产品在市场上的竞争力等方面可起到有效地指导作用。