斜齿轮由于具有良好的传动平稳性,在航空航天、船舶及汽车等领域都有广泛的运用。但随着行业的发展需求,齿轮传动也逐渐朝着高速、重载、轻质方向发展,高速重载工况对于斜齿轮的传动平稳性和工作可靠性带来了较大挑战,轻量化无疑进一步增加了其设计难度。在高速重载工况下,斜齿轮除了会产生接触疲劳磨损（点蚀）、胶合等常见的齿面损伤外,还会产生由轴向激励力引发行波共振而导致的断齿或者腹板开裂问题,这也是轻量化设计需要重点关注和解决的问题。本文以某设备中一对高速重载工况下的斜齿轮为研究对象,基于有限元仿真分析方法,针对高速重载斜齿轮副轻量化与动力学性能优化中的相关问题,在保证仿真结果可靠的基础上通过修形优化确定了斜齿轮副轻量化设计中的动力学参考指标,而后围绕斜齿轮副的轻量化设计、共振分析与调频避振优化三个方面开展了相关研究工作,最后获得了具有一定参考价值的设计方法与相关结论。本文的主要研究内容及相关结论如下:（1）针对高速重载工况下齿轮仿真易出现的沙漏增大、应力发散等计算失准问题,建立了一对高速重载工况下的斜齿轮副理想有限元模型并进行了仿真计算,从沙漏能控制、啮合应力云图、从动轮转速及接触力曲线4个方面对仿真结果进行了全面分析,验证了模型的准确性及仿真方法的可行性。（2）分别建立了实际服役工况条件下的斜齿轮副理想模型及带轴模型,进行了修形优化与动力学对比分析,确定了合理的修形量,改善了斜齿轮副的动力学性能,为轻量化设计奠定了模型及相关动力学性能参照指标基础。（3）以修形优化后的斜齿轮副模型及相关动力学性能为基础和参照,采用多目标拓扑优化方法与模型重构仿真分析确定了合理的主从动轮腹板挖孔设计方案,并在挖孔设计方案的基础上进行了从动轮轮辐减薄轻量化研究,进行了强度分析,确定了斜齿轮副最终轻量化设计方案,实现减重29.52%,接触力波动幅度减小了45.9%,极大地提升了斜齿轮副的动力学性能。（4）对轻量化设计之后的斜齿轮副进行了自由模态及带预应力接触模态分析,锁定了危险模态成分,结合齿轮行波共振理论对工作转速范围内的共振转速进行了成功预测,之后针对共振转速开展了共振模态频率值对结构参数改变的敏感性研究,并根据敏感性研究结果实现了调频避振优化设计。