近年来,对齿轮进行设计时,为寻求降低齿轮振动的方法,通常只会对齿轮的加工工艺、齿轮的材质、齿轮的结构等进行优化。把齿轮齿面形貌带来的齿面摩擦与齿轮传动误差作为引起齿轮振动的关键因素的研究鲜有报道。本文从齿面形貌特征入手,考虑齿面粗糙度对齿轮传动误差和齿面摩擦系数的影响,开展了计及齿面粗糙度的直齿圆柱齿轮传动动力学特性研究。采用实验法,对齿面形貌进行测量,得到了粗糙峰值,提出了概率统计意义下的齿面粗糙度表达式,建立了采样长度与齿轮角速度之间的关系,进而探明了粗糙度与时间的映射关系（本文定义为时变粗糙度）,基于分形理论,考虑时变粗糙度推导了齿轮传动误差新模型,将时变粗糙度和齿轮传动误差新模型引入Xu模型中,构建了计及时变粗糙度与齿轮传动误差的摩擦系数模型,对比分析了修正前后以及不同加工精度对摩擦系数的影响。建立了考虑时变啮合刚度、啮合阻尼和齿侧间隙的三自由度齿轮系统动力学模型,并给出数值求解方法,对比分析有无考虑时变粗糙度,以及有无考虑时变粗糙度的齿轮传动误差对齿轮传动系统振动特性的影响,同时分析在不同工况下,对比分析是否考虑时变粗糙度及误差的齿轮传动系统动力学行为。结果表明,随着转速与扭矩的增加,时变粗糙度与误差对齿轮动态响应的影响显著。搭建了齿轮系统振动特性试验台架,设计加工与仿真模型一致的试验齿轮箱,设计了试验方案,开展相同转速不同负载、相同负载不同转速工况的振动试验研究,将理论数值仿真结果与试验结果进行对比分析,对比结果表明本文提出的计及齿面粗糙度对齿面摩擦和齿轮传动误差影响的三自由度齿轮系统动力学模型与试验结果吻合效果较好,证明了理论分析的正确性。综上所述,本文考虑齿面形貌,定义了时变粗糙度的概念,进而推导了齿轮传动误差和齿面摩擦系数模型,开展了齿轮传动动力学特性理论和试验研究,本文对齿轮传动动力学特性的研究方法提供了一种新的探索,丰富了齿轮动态参数设计理论体系,为齿轮传动设计理论提供参考。