斜齿轮传动系统广泛应用于交通运输、航空航天、船舶、能源等行业。由于制造、安装、齿形误差和轮齿变形等的存在,齿轮在啮合过程中会产生振动、冲击和噪声。因此,建立斜齿轮传动系统的耦合非线性动力学模型对研究斜齿轮传动系统的动力学特性具有较高的理论价值和重要的工程意义。本文从斜齿轮啮合刚度激励和误差激励耦合机理入手,提出了斜齿轮通用耦合非线性激励解析计算模型。基于此模型,研究了齿廓修形、齿形误差和齿向修形对斜齿轮啮合刚度和传递误差的影响规律。以高铁牵引齿轮传动系统为研究对象,建立了斜齿轮传动系统的整体有限元模型,考虑时变啮合刚度、时变传递误差、冲击激励、扭转激励、修鼓的影响,对高铁牵引齿轮传动系统进行固有特性分析和振动响应分析。主要内容如下:(1)改进了斜齿轮啮合线长度和啮合位置的计算算法,避免了复杂方程组的求解,大大提高了计算效率。基于误差激励和刚度激励的耦合关系,以斜齿轮啮合线长度和啮合位置的计算算法为基础,提出了斜齿轮刚度和误差耦合非线性解析计算模型,研究了斜齿轮的平均啮合刚度,并与利用航空工业标准计算结果进行对比分析,研究结果表明了本文提出的斜齿轮耦合非线性激励模型具有较高的准确性和可靠性。并基于该模型研究并分析了齿廓修形、齿形误差、齿向修形对斜齿轮啮合刚度和传递误差的影响规律,研究结果为斜齿轮的修形提供了理论依据。(2)基于广义有限元思想,将斜齿轮传动系统划分为轴段单元、齿轮啮合单元、轴承单元、集中质量单元等不同单元模型,建立了每种单元的刚度矩阵和质量矩阵。分别研究了采用Euler梁单元、Timoshenko梁单元和考虑剪切变形的Euler梁单元时,对齿轮传动系统固有特性的影响,以及节点数目对固有特性的影响规律。以高铁牵引齿轮传动系统为研究对象,建立高铁牵引齿轮传动系统的整体有限元模型,并以此对高铁牵引齿轮传动系统进行弯扭轴摆耦合固有特性分析,得到了齿轮啮合刚度和轴承刚度等参数对系统固有频率的影响规律。(3)以本文提出的斜齿轮耦合非线性模型计算高铁牵引齿轮系统的刚度激励和误差激励,将其代入高铁牵引齿轮传动系统的动力学模型中,研究了高铁牵引齿轮传动系统在额定工况和变转速工况下动态响应特性。给出了斜齿轮啮入冲击激励的计算,研究结果表明齿轮内部激励即刚度激励、误差激励和冲击激励是相互耦合的。研究了考虑内部激励和扭转激励时,齿轮系统的振动响应规律。考虑齿轮的修鼓,分别计算了修形量不变、修形长度变化和修形长度不变、修形量变化时的高铁牵引齿轮传动系统的振动响应,以振动加速度最优为优化目标,得到了齿轮副的最佳修形量。(4)构建了高铁牵引齿轮传动系统的实验平台,对系统在不同工况下振动响应展开研究,获得了不同测点的振动加速度的时间历程,将实验分析与理论结果作对比,验证了所建立的齿轮传动系统动力学模型的合理性。