齿轮传动系统广泛应用于航空、军事及船舶等领域,系统的减振降噪一直是工程领域的重要研究课题。齿轮传动系统的运行工况正朝着高速重载方向发展,对系统的动态特性预测、系统性能评价和结构参数优化等更是意义重大。除解析法和有限元法外,物理试验法对于全面研究齿轮传动系统动态特性是不可或缺的。齿轮传动系统根据其应用场合和功能,尺寸量级低至几毫米尺寸,大到几米。特别是对于大型和超大型齿轮传动系统而言,存在加工周期长、制造成本高以及试验过程难以控制的问题。因此,根据相似理论,利用缩尺模型代替原型进行试验,为齿轮传动系统原型性能预测、结构参数优化和振动抑制等提供了有效便捷的研究手段。基于质量等效法,对齿轮传动系统中各带齿部件的模型进行了简化,并通过节点有限元法和空间梁单元完成了各等效轴段和部件的建模。将轴承刚度、时变啮合刚度以及啮合误差等因素纳入动力学模型中,并通过分析和推导得到的齿轮啮合关系完成了各轴系间的耦合,建立了平行轴齿轮传动系统和行星齿轮传动系统的动力学模型。为后续系统动态特性计算、相似关系推导与验证奠定基础。根据复杂系统分层思想“自上而下”拆分齿轮传动系统,结合复杂系统相似理论“自下而上”完成相似关系推导和分析。提出统一向量单位法以解决动力学方程中矩阵相似比无法直接求解的问题,获得了原型和缩尺模型之间质量、刚度和阻尼矩阵的相似比。根据方程分析法分别推导了平行轴齿轮传动系统和行星齿轮传动系统的相似关系。并通过齿轮传动系统动力学模型,分别计算了缩尺模型和原型的固有特性和振动响应,验证了相似关系的正确性。在齿轮传动系统动力学方程中考虑加工误差因素,采用方程分析法对静态位移相似关系和动态响应相似关系进行了推导。为解决缩尺模型误差畸变问题,提出振动响应峰峰值相似比的概念以及两种畸变模型修正方法。动力学模型计算结果表明,经过载荷修正法和相似比修正法处理后,畸变缩尺模型的振动响应曲线预测精度得到提高。完成了齿轮传动系统缩尺模型和原型的传动误差试验,通过传动误差响应曲线对比与分析,验证了相似比修正方法的有效性。依据动力学模型均载系数和试验模型均载系数的计算公式,分别推导了对应的均载系数相似比。通过缩尺模型和原型的动力学模型,完成了不同工况和不同结构柔性下齿轮传动系统原型均载系数的预测和相似关系验证。分析对比了均载系数对不同误差的敏感性,得到了位置误差对均载系数影响相对较大的结论。提出了载荷修正法和相似比修正法以处理位置误差畸变问题,并通过动力学模型验证了两种修正方法的有效性。根据相似理论和均载试验预测和分析了原型行星齿轮传动系统在相似工况下的均载性能。总之,采用相似模型研究齿轮传动系统的动力学特性,一方面可以研究振动响应变化规律并实现系统原型振动响应的预报,另一方面可以开发和验证齿轮传动系统的减振降噪技术,并能为齿轮传动系统设计提供优化方案和平台。因此,本文的研究具有重要的工程和学术价值。