数控机床技术的日臻完善,带动了数控动力刀架技术朝着高速、高精、高复合化的方向发展。动力刀架的结构复杂、技术含量高、制造难度大,核心技术一直被国外企业垄断。齿轮传动系统是动力刀架高速、稳定、可靠运行的关键机构,其动态性能和可靠性水平直接影响刀架的运行稳定性和工作效率。在产品研发过程中,可靠性水平是衡量齿轮系统及刀架整体性能至关重要的技术指标。因此,基于可靠性理论体系来研究动力刀架齿轮传动系统,以提高动力刀架整体性能,具有重要的理论意义和工程应用价值。本文以某新型数控动力刀架齿轮传动系统为研究对象,该齿轮传动系统由多级惰轮构成,这种传动方式在学术研究和实际工程应用中并不常见。本文基于齿轮动力学理论和可靠性理论,对该惰轮传动系统进行了传动误差计算、多体动力学分析、固有特性分析、齿轮系统可靠性分析与优化。论文主要内容如下:(1)分析齿轮系统振动产生机理,综合考虑齿轮各项误差的随机性,计算了轮齿啮合综合误差;建立各级齿轮副有限元模型,根据扭转啮合刚度理论,计算了轮齿受载变形误差,从而得到动力刀架齿轮传动系统的最大传动误差。(2)建立齿轮系统多体动力学模型,分析了齿轮系统激励等因素对齿轮系统振动响应的影响;提取动力输出轮振动响应,集成ADAMS和MATLAB,建立ISIGHT可靠性分析平台;以动力输出轮质心振动位移为评估指标,分析和计算齿轮系统的可靠度。(3)针对高速齿轮的齿面接触疲劳失效问题,结合齿轮啮合应力分布规律,根据机械可靠性设计方法,定量地给出齿面接触疲劳的可靠性指标,以此来确保齿轮啮合的可靠性,并提出优化方案。(4)基于均值啮合刚度,分析了齿轮系统的固有特性及常用工作转速下可能存在的共振情况。建立齿轮系统随机参数与频率响应之间的代理模型,通过灵敏度分析识别各系统参数对固有频率的影响关系;利用Monte Carlo法计算不同激励频率下齿轮系统的共振可靠度,为齿轮系统的优化提供理论依据和参考。(5)针对动力刀架齿轮系统在常用工作转速下可能存在的共振问题,采用多目标粒子群优化方法,对齿轮系统各阶次固有频率进行优化,使系统在激励频率下避免共振。