齿轮箱是高速列车动力转向架驱动系统的关键部件,其中齿轮传动系统和箱体结构是保障齿轮箱安全运行的核心构件。在高速重载工况下,齿轮啮合的过程中总会伴随高频冲击,同时箱体在齿轮内部激励下的振动响应十分复杂,严重时会引发系统的共振失效。因此研究高速列车齿轮传动系统和箱体结构的动态响应特性,对高速列车齿轮箱的安全设计有至关重要的意义。本文针对某型号高速列车齿轮及箱体,利用有限元方法开展修形齿轮副三维建模、齿轮传动仿真分析与相关性影响因素研究、箱体性能分析及振动特性研究、齿轮及箱体拓扑优化设计。论文的主要研究工作如下:(1)依据某高速列车齿轮修形方案,基于渐开线齿廓形成原理,通过MATLAB编程实现了齿轮的齿廓和齿向修正并获取齿面离散点坐标。借助Imageware和ANSA软件拟合三维齿面并结合标准齿轮模型完成了修形齿轮副的三维建模,为后续齿轮仿真分析打下基础。(2)建立某高速列车齿轮副有限元模型,利用LS-DYNA求解器对齿轮传动进行仿真计算,获得齿轮转速、啮合力、啮合应力斑并与理论值进对比验证有限元方法的可行性。研究齿侧间隙和轴承游隙对齿轮传动的影响规律,得出过大的侧隙值会引起齿轮传动的振动急剧增大,轴承游隙的存在会一定程度上导致齿轮传动的振动加剧。(3)基于模态分析方法求解出齿轮箱箱体前6阶固有频率和振型,并得出箱体的模态振型主要为薄壁振动。结合半正弦加速度脉冲下的箱体动态响应,得出箱体对横向和垂向冲击较为敏感。基于齿轮-箱体耦合有限元模型,研究齿轮激励频率对于箱体振动特性的影响,发现箱体振动与齿轮啮合激励频率呈正相关关系,而大齿轮在电机转速3000rpm工况下会发生轴向的自激共振。(4)基于变密度法对大齿轮和箱体结构进行拓扑优化分析。结合齿轮优化分析结果以提高第三阶固有频率为目标,对大齿轮轮辐进行加强设计,通过齿轮模态分析和齿轮-箱体耦合瞬态分析,验证了显著的优化效果。结合箱体优化分析结果以改善箱体内部激励下的振动为目标,重新布置了箱体结构的加强筋,通过齿轮-箱体耦合瞬态数值仿真,发现优化效果良好。