齿轮传动具有承载能力大、寿命长、可靠性高、运转平稳等特点,广泛应用于船舶海洋、交通运输、冶金建材、工程机械等领域。作为装备制造业中极其重要的关键基础部件,齿轮传动是机械系统装备中应用最为广泛的动力和运动传递形式,在很大程度上决定着装备系统的性能,具有重要的战略地位。随着科学技术的进步,齿轮传动正朝着大功率、高转速、高精度、轻量化等方向发展,由于激励源多、激振频率高、啮合冲击大,振动噪声问题日渐突出,齿轮系统的动力学特性将直接影响到机械装备的整体性能与运转可靠性,成为制约机械系统向精密化、低噪声发展的重要因素。因此,进行齿轮系统传动误差耦合分析与振动噪声优化研究,具有重要的理论意义和工程应用价值。论文以船用齿轮箱为研究对象,围绕齿轮系统动态激励机理、振动噪声特征、动态性能优化等问题,开展齿轮系统传动误差分析、基于声振耦合的振动噪声预估、传动系统多变量混合离散振动优化、结构系统多频多点噪声优化研究,为解决齿轮系统减振降噪问题提供一种新思路。论文主要研究工作如下:①基于空间啮合理论,推导修形斜齿轮副的齿面未修形区、齿顶修缘区、齿根修缘区和齿根过渡圆弧区的齿廓曲面方程;开发可自动生成含齿顶修缘、齿根修缘、齿端修薄及齿向修鼓的斜齿轮副精确齿面参数化建模程序;基于已有试验参数,计算齿轮副的动态啮合性能,与试验结果对比验证了模型的合理性。②综合考虑轮齿修形(齿廓修形与齿向修形)、齿轮加工及安装误差等,提出了计入误差、修形等多因素耦合的齿轮副有限元建模方法,研究诸因素对齿轮传动系统静态传动误差的综合影响;基于集中质量法建立传动系统弯-扭-轴耦合动力学模型,计算齿轮传动系统的动态传动误差,为齿轮系统振动噪声分析提供误差激励载荷。③结合动态传动误差计算结果和齿轮系统模态测试数据,建立含齿轮副、传动轴、轴承和箱体等在内的齿轮系统耦合振动分析模型,研究齿轮系统模态特征、振动烈度及结构噪声等振动特征,与船用齿轮箱综合性能试验台上实测的振动噪声试验结果对比,验证了齿轮系统耦合振动分析方法的合理性。④在齿轮系统振动分析基础上,研究齿轮系统声振耦合辐射噪声特性。基于刚柔耦合系统动力学模型计算轴承动态支反力,以其为声振耦合分析的边界条件,建立包含结构网格、声学网格、场点网格的齿轮箱辐射噪声预估模型,计算齿轮箱表面声压及场点声压,与实测结果对比,两者吻合良好,为结构辐射噪声准确预估提供一种可借鉴的方法。⑤建立齿轮传动系统的动态性能优化模型,编写多变量混合离散优化程序,基于分枝定界算法求解传动系统中齿数、模数、螺旋角、变位系数、齿宽等最优设计变量,得出振动加速度目标函数值;在此基础上以多场点多频段声压最小为目标函数,结构系统参数为设计变量,建立噪声优化模型,采用正态边界交汇多目标优化算法对其进行多频多点声学优化,取得了较为明显的优化效果。