齿轮传动系统作为机械设备中高效的运动和动力传递机构之一,在日常生活和工业生产中起着重要作用。啮合齿轮以及支承轴承作为齿轮传动系统的关键部件,一旦出现故障将直接影响到整个系统的运行状态和工作能力,进而对机械设备的稳定性与可靠性造成重大影响。研究齿轮传动系统在不同状态下的动力学特征将为系统故障的预防和诊断提供理论支持。以往的齿轮传动系统动力学研究主要围绕齿轮啮合刚度的计算以及啮合齿轮之间的载荷传递开展工作,支承轴承的非线性特性通常被简化甚至忽略。随着现代支承理论的进一步完善,支承轴承的非线性特性对转子系统的影响受到越来越广泛的重视,从系统的角度来研究啮合齿轮及其支承轴承的耦合动力学特性具有重要的理论意义和工程应用价值。本论文在国家自然科学基金项目(51705302)—“高速角接触球轴承的表面损伤演变过程建模及动力学特性研究”的支持下,以二级斜齿轮传动系统为研究对象,在考虑齿轮时变啮合刚度和轴承的非线性支承特性的基础上,从系统的角度建立了齿轮-转子-轴承弯扭耦合动力学模型,研究了常见齿轮故障和轴承故障对齿轮传动系统动力学特性的影响,并基于斜齿轮实验台验证了模型的有效性。论文的主要工作包括以下几个方面:(1)研究了齿轮啮合的时变动力学特性,采用势能法和谐波拟合法求解了斜齿轮副的时变啮合刚度,分析了斜齿轮与直齿轮啮合力的区别,确定了斜齿轮时变啮合力的计算方法,建立了正常状态下斜齿轮副的啮合动力学模型。(2)研究了角接触球轴承的非线性承载特性,从运动学和拟动力学两个方面对轴承内部各零件的关系进行分析,确定了轴承非线性支承力的计算方法,考虑了轴承座与箱体对轴承动力学响应的影响,建立了正常状态下轴承的支承动力学模型。(3)从系统的层面考虑了齿轮、轴承之间的动力耦合关系,建立了正常状态下齿轮传动系统的齿轮-轴承耦合动力学模型;并且以齿轮齿根裂纹与轴承内外圈损伤故障为例,建立了故障状态下的齿轮啮合动力学模型和轴承支承动力学模型,在此基础上,建立了故障状态下齿轮传动系统的动力学模型。(4)运用Runge-Kutta法求解了正常状态下与故障状态下系统模型的加速度响应,分析了响应信号的时域特征和频域特征,总结了正常状态下齿轮传动系统的动力学响应特性,以及不同故障状态、不同故障程度对于系统动力学响应特性的影响规律。在斜齿轮实验台上开展了动力学模型的验证实验,通过实验信号与仿真信号的对比,验证了本文建立的系统动力学模型的有效性。