小倾角齿轮传动系统通常采用变厚齿轮传动,该齿轮同时存在螺旋角和节锥角,各轴向截面齿廓的变位系数沿齿轮轴线依次变化,可实现相交轴及交错轴间的动力传递。由于变厚齿轮副齿面接触形式为点接触,接触面积较小、滑动速度较大,导致在使用过程中存在振动大、噪声高、齿面磨损严重等问题。因此,开展小倾角齿轮传动系统啮合特性分析及动态性能优化,对改善齿轮箱动力学性能,具有重要的理论意义和工程实用价值。本文针对小倾角齿轮传动系统,开展变厚齿轮副建模及动力接触分析、啮合刚度计算及影响因素研究、传动系统非线性动力学仿真和动态性能优化。论文的主要研究工作如下:(1)基于齿条刀具齿面方程,应用齿轮啮合原理,构造了被加工齿轮与产形齿条的啮合方程,通过坐标变换得到变厚齿轮的齿面方程,结合空间几何关系,构建了变厚齿轮副实体装配模型,进而在ANSYS/LS-DYNA中建立其有限元模型,通过对变厚齿轮副的动力接触分析,研究了齿面动态接触力、动态应力、传动误差等动态啮合特性的变化规律。(2)将变厚齿轮副的齿面接触椭圆简化为长轴上的接触线,运用材料力学理论和积分思想推导了变厚齿轮副的啮合刚度,通过解析计算与有限元分析结果对比,验证了啮合刚度计算方法的准确性。在此基础上,研究了法向压力角、节锥角和外载荷等因素对变厚齿轮副啮合刚度的影响。(3)综合考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、传动误差、啮合阻尼等非线性因素,建立了小倾角齿轮传动系统多自由度非线性动力学集中参数模型,采用龙格库塔法对无量纲化后的动力学方程组进行数值仿真,分析其分岔图、时间历程曲线、相轨迹、庞加莱截面、频谱图以及动载荷系数曲线,研究了不同因素对传动系统非线性动力学特性的影响。(4)利用齿轮传动系统集中参数模型,采用谐波平衡法求解系统动力学微分方程,得到了传动系统各构件的振动响应解析解;以齿轮副基本参数为设计变量,建立了以振动加速度均方根值和总体质量最小为目标的多目标混合离散优化模型,编写离散优化程序,采用分枝定界法求解了最优设计变量。