齿轮是现代机械设备中不可缺少的传动部件,齿轮传动的工作性能直接影响着整个传动系统的传动质量。渐开线圆柱齿轮由于具有制造简单、安装方便等特点,被广泛应用于直升机的分扭传动主减速器中来实现功率分扭传动。随着我国航空事业的不断发展,对高速、重载环境下服役的航空齿轮传动的工作性能提出了越来越高的要求。因此,建立更加精确的航空圆柱齿轮传动动力学模型、准确地预测齿轮传动的振动特性,提出合理的减振方法具有重要的理论意义和工程实用价值。本文考虑分析模型的可靠性以及高效性,以齿轮啮合原理、弹流润滑原理、集中质量法、优化设计等基本理论为基础,在齿轮传动振动分析模型中考虑齿轮动态激励与齿面修形等因素的影响,建立能够反映系统实际运动状态的动力学分析模型,并以此为基础,结合齿轮传动的实际服役工况,形成了齿轮齿面最佳修形设计方法。基于圆柱齿轮的齿面展成原理,推导了采用蜗杆砂轮进行齿廓与齿向双向抛物线修形的齿面方程。考虑圆柱齿轮的典型安装误差及齿面修形,建立了齿轮齿面几何接触分析模型。以斜齿轮为例,详细地分析了安装误差及修形参数对齿轮齿面接触印痕及传动误差的影响,总结了齿面抛物线修形曲线阶数变化时轮齿齿面接触迹线的变化规律,为轮齿齿面修形参数的选择提供了基础依据。基于考虑齿面修形的轮齿几何接触模型,考虑轮齿齿面间隙的影响,结合有限元法、解析法及非线性规划法,建立了考虑齿面修形的圆柱齿轮高效加载接触分析(Efficient loaded tooth contact analysis,ELTCA)模型。该模型将有限元法与解析法融为一体,采用有限元法计算轮齿的弯曲-剪切宏观变形,利用弹性接触理论分析非线性的局部接触变形,从而在保证计算精确性的同时,提高了轮齿承载接触分析的计算效率,为齿轮系统动力学输入激励的精确求解及齿面修形的高效设计奠定了基础。通过轮齿啮合刚度的计算进一步验证了该模型的准确性与高效性。为了在动力学分析中计入润滑效应,基于上述轮齿加载接触分析模型,采用多重网格法求解了齿轮非牛顿弹流润滑模型;根据混合弹流润滑状态下的摩擦因子组成原理,计算了齿轮齿面的混合弹流摩擦系数。在此基础上,考虑轮齿啮合过程中的实际啮合位置,提出了轮齿齿面摩擦力及摩擦力矩系数计算模型。在计算刚度激励时,考虑油膜瞬态挤压作用的影响,将齿轮啮合等效刚度看作是干接触轮齿啮合刚度与油膜刚度的叠加。考虑到圆柱齿轮在直升机分扭传动主减速器中的应用背景,提出了一种快速简便的航空圆柱齿轮系统动力学建模方法。全面考虑轮齿啮合刚度激励、冲击激励、齿面摩擦激励等的影响,应用拉格朗日法建立了斜齿轮传动系统的弯-扭-轴耦合动力学模型,分析了输入激励对斜齿轮振动特性的影响,对比了不同修形曲线参数下斜齿轮副的振动性能,为今后直升机圆柱齿轮分扭传动主减速器的系统动力学建模和分析奠定了基础。结合直升机圆柱齿轮分扭传动主减速器中人字齿轮副的小轮轴向浮动的特点,建立了全面动态激励下的人字齿轮副弯-扭-轴耦合动力学模型,分析了轴交角误差、螺旋角误差及相角误差对人字齿轮振动特性的影响,探讨了齿廓单向修形与齿廓齿向双向修形对人字齿轮振动特性的影响,发现对齿轮进行齿廓齿向双向修形不仅可以降低人字齿轮啮合线方向的振动,同时可以有效降低人字齿轮传动的轴向振动。考虑圆柱齿轮传动的实际工况,基于圆柱齿轮传动的振动分析,进行了以润滑摩擦效应及振动性能为目标的航空圆柱齿轮齿面修形参数设计。从有效提高设计效率的角度出发,提出了一种改进的具有适应值预测机制的自适应遗传算法(Fitness predicted adaptive genetic algorithm,FPAGA)。该算法根据预测的准确度自适应地调整预测的频率,在保证算法寻优精度的同时,大大提高了计算的效率。应用该算法设计斜轮齿齿面修形参数时,相比传统遗传算法,真实适应值的平均计算比例显著减小。应用FPAGA对人字齿轮进行齿面修形设计,分析了人字齿轮左右两端斜齿轮采用相同的修形参数与不同的修形参数时齿轮传动的减振效果及计算效率,为人字齿轮齿面修形方式的选择提供了依据。构建了圆柱齿轮传动振动实验台,测量了修形前后斜齿轮、人字齿轮的传动误差及振动性能,验证了本文提出的考虑齿面修形的圆柱齿轮振动分析方法与齿面最佳修形设计方法的正确性和有效性。