“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展核心理念的提出,国家工业装备发展需求和工业产品的亟待提升,针对齿轮传动装置的承载能力、稳定性和振动与噪声提出了苛刻的要求。振动和噪声作为衡量齿轮传动装置动力学响应重要指标之一,对满足几何部件设计前提下,进一步早期预测和发现齿面点蚀或剥落、轴交错不对中等引起的不平稳响应尤为重要。基于相关的基础理论,建立齿轮系统不同类型的数学模型以描述其物理运动特征,深度研究齿轮系统的动响应特性,并通过接触疲劳试验平台进行齿面疲劳点蚀特征演变过程的探究以及伴随的响应特性研究分析。依据齿轮副啮合运动学详细推导了轮齿沿啮合线的啮入和啮出极限位置解析方程,以及轮齿单-双啮合交替运动边界,详细考虑了由圆角过渡曲线和渐开线曲线组合而成的轮齿齿廓精细化几何参数,并建立齿轮时变啮合刚度的精细化数学模型。选取不同齿轮参数的算例,详细研究了不同齿轮基础参数(模数、压力角、齿宽、孔径等)对各组成刚度和综合啮合刚度的影响,结果显示刚度曲线表现出不同的响应特征,其主要表现特征为啮合刚度数值的改变和单-双啮合刚度域的改变。建立的弹性三维齿轮副有限元模型和提出的能量解析法啮合刚度计算结果基本吻合,表明建立的精细化齿轮啮合刚度数学模型具有一定的可行性和可靠性,提高了计算效率和时效性,为系统动力学的快速刚度激励仿真分析做前期研究基础。考虑宏观界面摩擦效应,建立含摩擦效应的直齿轮副时变啮合刚度的数学模型,并进行算例仿真。结果表明在摩擦方向交替前后,摩擦效应引起啮合刚度发生骤变效应,而摩擦系数越大啮合刚度差额越明显。齿轮副之间充分润滑状态下,能够降低齿轮时变啮合刚度曲线的波动。在微观尺度空间下,采用分形理论建立粗糙面法向载荷和法向接触刚度分形预估数学模型,研究了不同微观特性参数对宏观表现特征法向载荷和接触刚度的影响作用。结果表明建立的分形接触数学模型能够更好的诠释或涵盖齿面粗糙特征的法向接触刚度,可根据齿轮计算应用场景选取不同分析计算模型进行研究应用。采用矩形几何形状快速地模拟齿面点蚀坑形貌,推导了由简入繁的单点蚀、多点蚀和随机分布点蚀物理特征的数学模型和解析方程,实现齿面疲劳点蚀特征下的齿轮时变啮合刚度的预测与评估。结果表明不同矩形点蚀坑几何参数和点蚀数目其齿轮啮合刚度具有不同的响应特征,其中点蚀坑几何参数越大或产生的点蚀坑数目越多对啮合刚度的影响作用越明显,尤其点蚀发生位置处啮合时刚度数值降低较明显。建立的三种不同点蚀分析模型可以完全近似模拟不同类型的齿面点蚀特征现象,具有一定的工程应用意义。基于分形理论研究齿面微点蚀特征下的齿轮法向接触刚度的预估,计算仿真结果与工程应用情况变化趋势相吻合,为后期分析微点蚀动力学响应及微点蚀扩展等做研究基础铺垫。建立简化的六自由度齿轮系统动力学数学模型和具有高级齿轮特征模块和轴承模块的齿轮系统刚体动力学分析模型,重点探讨了齿面点蚀特征对系统响应特性的影响作用。结果显示齿面点蚀特征使得系统产生局部的不平衡动态响应,如响应幅值的增大、啮合刚度的减小等等,在循环周期作用下,引起齿面的快速疲劳点蚀的发生与扩展。通过齿轮接触疲劳试验台进行齿轮疲劳点蚀现象的演变过程研究和过程中系统的振动响应特性分析,结果表明齿面疲劳点蚀现象是齿面经历跑合、磨损、局部灰斑带、扩展性灰斑带、初期点蚀痕迹、明显点蚀带等多种特征逐一展现的演变过程,是由齿面微小特征在载荷作用下经历一步步累积损伤最终而造成的。齿面疲劳点蚀引起的动响应幅值效应可达到无点蚀特征的2倍有余,有效地促进了试验进行实时监测时系统设定的报警数值做参考,实现较早地识别齿面点蚀特征,为后期进行齿轮箱故障诊断与识别做铺垫。