风能作为可再生能源中的重要组成部分,是实现我国双碳目标的重要支撑。我国海上风资源储量7.5亿千瓦,目前开发比例不到25%,发展潜力巨大。海上风电机组作为最有效地开发海上风能资源的核心装备,其超大功率和大型化发展趋势对风电齿轮箱的轻量化设计提出了更高要求,并且在时变风速作用下,百米级大尺寸、大柔性叶片与塔筒的耦合变形会使风电齿轮箱的输入载荷产生明显的随机特性,加之时变啮合刚度与传动误差等内部激励的影响,导致其振动特性十分复杂。本文以某型5 MW海上风电齿轮箱为研究对象,考虑各级齿轮强度差异,开展齿轮传动系统等强度优化设计,提高功率密度;计入箱体、行星架等构件柔性与齿轮副内部激励,建立风电齿轮箱刚柔耦合系统动力学模型,分析其在不同风速工况下的动态特性;提出不同风速工况下各级齿轮副微观参数多目标优化方法,降低系统振动,并通过台架振动试验进行验证。论文主要研究内容如下:（1）为了实现某型5 MW海上风电齿轮箱轻量化设计,综合考虑风电齿轮箱各级齿轮接触和弯曲强度差异,提出了风电齿轮箱传动系统等强度多目标宏观参数优化方法,将齿数、模数以及齿宽等齿轮宏观参数为设计变量,以各级齿轮接触和弯曲安全系数差综合最小为优化目标,开展风电齿轮箱齿轮传动系统等强度优化设计,对比分析了优化前后各级齿轮接触和弯曲强度以及功率密度。（2）结合风电齿轮箱拓扑结构,综合考虑箱体、行星架和传动轴柔性,以及齿轮副时变啮合刚度与传动误差等内部激励,建立了海上风电齿轮箱刚柔耦合系统动力学模型,研究了风速工况对风电齿轮箱外部激励与内部激励的影响规律,分析了不同风速工况下风电齿轮箱的行星轮轴承力与行星级均载性能。（3）分析不同风速工况下齿轮副修形参数对风电齿轮箱动态响应的影响规律,建立了风速工况-齿轮副修形参数-动态响应映射函数,以降低行星级均载系数与平行级振动响应为优化目标,提出了不同风速工况下各级齿轮副微观参数多目标优化方法,对比分析了优化前后齿轮副传动误差、齿面载荷和行星级均载性能。（4）开展了某型5 MW风电齿轮箱台架振动试验研究,搭建了风电齿轮箱台架试验在线检测系统,在不同输入功率下对风电齿轮箱轴承座、扭力臂及内齿圈等振动响应进行测试,分析了振动信号频谱特征并与仿真结果对比,验证理论分析。