论文源于“十二五”国家科技重大专项课题“松软突出煤层钻进成孔技术与装备”（课题号：2011ZX05041-002），该课题旨在研制适用于松软煤层长钻孔施工的大功率、大扭矩和高转速全液压钻机。动力头作为全液压钻机的动力输出机构，采用液压驱动和齿轮传动相结合的方式。随着钻机输出转速和功率的增加，振动、温度和噪声问题成为了困扰动力头设计和制造的重要问题。因此，本文以ZYWL-2600R钻机动力头为研究对象，基于齿轮系统动力学的理论和方法，对其传动系统进行了动力学建模，从而为钻机动力头振动分析和动态优化设计奠定了理论基础。论文的主要研究内容如下：①根据课题需要设计“高转速”动力头，并在三维CAD软件Inventor中建立其传动系统的三维实体模型，导入到有限元软件ANSYS中，建立该系统的有限元模型，对其进行模态分析，提取前六阶固有频率和振动形式，为避免传动系统的共振提供有效的参考。②综合考虑钻机动力头齿轮传动系统中齿轮副的时变啮合刚度、传递误差、滚动轴承的支撑刚度以及各元件的阻尼等因素，采用集中参数法，建立其耦合动力学模型，求解钻机动力头在变工况负载下各齿轮构件的振动位移、速度和加速度响应以及动态啮合力等动态性能参数，为动力头齿轮的动态优化设计提供重要依据。③以齿轮副啮合线上的振动加速度最小为优化目标，综合考虑齿轮设计的静态和动态约束条件，建立动力头齿轮副的动态优化设计模型。利用Matlab编程求解最优解，并对优化前后的齿轮副的振动情况进行对比分析，借助GUIDE向导设计动力头优化设计的GUI界面，提高该优化程序的易用性和传递性。④为了验证优化设计是否到达了预期的效果，在钻机加载试验台上，分别对优化前后的动力头实物进行对比试验：包括钻机加载试验、动力头温升试验和箱体的振动测量，记录动力头的转速、转矩数据和箱体固定测点处的温升、振动数据。