随着机车车辆运行速度的持续提升、轴重的增加以及人们对乘坐舒适度要求的不断提高,车辆动力学问题变得越来越重要。机车齿轮传动系统作为驱动装置的重要元件,用来传递牵引电机输出的扭矩,具有传动效率高、工作可靠、传动平稳、寿命长等独到之处。但是由于机车一直保持着高速重载的运行,齿轮系统因为其是一个复杂的弹性系统,所以在内、外激励下将会发生振动。因此为了保证机车在运行过程中的安全、稳定以及可靠性,研究机车齿轮传动系统的非线性动力学问题变得至关重要。本文针对机车齿轮传动系统作为研究对象,建立了五自由度的弯扭耦合非线性动力学模型。采用变步长龙格库塔数值分析方法对模型方程进行求解。利用时域响应图、相图、Poincaré图、频谱图、分岔图、Lyapunov指数图等非线性理论对传动系统中的齿轮转速、支撑刚度、支撑阻尼、齿侧间隙等敏感参数进行研究。结果表明,系统的振动特性随着敏感参数的改变呈现出周期一、周期二、多周期、拟周期、混沌、极限环等一种或者几种运动特征,其中主动齿轮的转速和支撑刚度对于系统振动特征的影响较大,而支撑阻尼和齿侧间隙的影响相对较小分析齿轮对啮合期间的啮合刚度时,本文采用材料力学中的Weber能量法进行计算,然后通过判定最小绝对残余误差来对分段函数进行拟合,进而得到较为准确的时变啮合刚度方程。通过分析齿侧间隙以及齿轮转速对动态啮合力、最大动态啮合力、平均动态啮合力的分析可知,要保证齿轮啮合力的稳定,系统必须处于稳定的单周期;而侧隙的变化对啮合力的影响相对来说较小。引起车辆振动的激振源有多种,本文通过分析导致车辆垂直振动的周期性激振源可知,齿轮的振动随着轨道不平顺幅值的增加而略微加剧。蠕滑速度的改变对系统振动特征的影响不大。最后采用Floquet理论对系统的转速、刚度、阻尼、齿侧间隙进行研究,通过分析可知,本模型中存在倍周期分岔、Hopf分岔以及鞍结构分岔三种形式,并诠释了系统由单周期到倍周期和稳态到拟周期的运动过程。