正弦活齿传动具有重量轻、传动效率高、传动比范围广和承载能力大等优点,特别适用于石油钻机和机器人关节等技术领域。本文对双级正弦活齿传动系统进行了自由振动分析、模态分析和传动效率分析;研制出双级正弦活齿传动系统实体样机并对其开展了相关的试验。建立了双级正弦活齿传动系统的动力学模型,将系统分为四个子系统进行分析。建立了各子系统的运动微分方程,进而得到整个系统运动微分方程表达式。求解了整个系统的固有频率,并分析了参数改变对系统固有频率的影响。通过对系统振动模态的振型矢量进行分析,将系统分为旋转模态和活齿模态,推导了系统灵敏度公式,分析了各结构参数对系统灵敏度的变化规律。结果表明:正弦滚道与活齿之间的啮合刚度对系统固有频率和灵敏度有较大影响。应用ANSYS有限元分析软件,对双级正弦活齿传动系统进行了模态分析,得到了系统前20阶固有频率和模态振型图。通过改变机构设计参数,研究了系统各参数对各阶固有频率和振动模态的影响。结果表明:双级正弦活齿传动的主要振动形式为一级导架、二级导架和活齿的振动,且二级导架的振动随参数变化明显。通过对双级正弦活齿传动活齿啮合副进行受力分析,推导出活齿传动系统输出力矩表达式,进而得到了系统传动效率计算公式。运用效率公式对系统传动效率进行了分析,得到参数变化时系统传动效率的变化规律。结果表明:为了提高传动效率,应增大正弦滚道幅值、活齿中心圆周方向旋转半径以及合理分配传动比。利用UG10.0软件完成了双级正弦活齿传动的三维建模,并研制了双级正弦活齿传动系统样机,对其开展了传动效率试验和振动特性试验。实验测得系统最大传动效率为85%,平均传动效率为60%,实验效率值与计算效率值接近;且实验测得频率值与第一阶理论固有频率值相差为3%,验证了理论分析的正确性。