风能作为一种可再生清洁能源越来越受到人们青睐,风力机则是把风能转换为电能的装备,其中齿轮传动系统是风力机实现能量转换的关键部分,它的品质直接决定了风力机的工作效率。齿轮传动系统工作状况复杂,容易发生故障,研究齿轮传动系统在实际工况下的动态特性对风力机的设计和维修都具有重要意义。本文以风力机齿轮传动系统为研究对象,进行动力学分析,了解系统动态响应与激励之间的关系,通过研究系统故障时的动态响应得到故障特征,为风力机故障诊断提供理论参考。本文主要的研究内容如下:首先研究了齿轮传动系统受到的外部激励和内部激励,外部激励主要考虑风力机在随机风速下产生的动态转矩,根据改进后的组合风速模型结合风力机气动理论求得。基于风电场实测风速求得符合威布尔分布的变化风速代替组合风速中不变的基本风,同时考虑风剪切与塔影效应的影响,得到了改进后的组合风速模型。内部激励主要考虑时变啮合刚度的影响,研究了斜齿轮的时变啮合刚度算法,并由正常斜齿轮的刚度算法推导了斜齿轮含动态齿根裂纹故障时的刚度算法。通过算例分析,研究了动态齿根裂纹故障对时变啮合刚度的影响。然后采用集中参数法建立了齿轮传动系统平移-扭转动力学模型,对齿轮传动系统中各齿轮副的相对啮合位移进行计算,根据牛顿第二定律对各构件进行受力分析,得到相应的振动微分方程,整理后得到齿轮传动系统动力学方程。利用建立的动力学模型研究了系统的固有频率,并与有限元方法求得的结果进行对比,验证了动力学模型的正确性。最后采用Runge-Kutta数值积分方法对动力学方程进行求解,得到齿轮传动系统健康状况和含齿根裂纹故障时的动态响应。对时域和频域内的振动位移进行分析,研究了系统输入的动态激励与动态响应之间的关系。结果表明齿轮传动系统的动态响应与受到的动态激励变化趋势一致,故障会导致齿轮啮合刚度降低,引起振动冲击,在时域中出现周期性冲击信号,在频域中出现边频带。通过对系统含齿根裂纹故障时的动态响应特征进行分析,为实际的风力机齿轮传动系统故障诊断提供理论参考。