随着我国高速列车服役里程和数量的不断增加,复杂的运行环境严重挑战高速列车关键零部件的结构可靠性,影响高速列车安全运行。作为高速列车走行部的关键零部件,齿轮传动系统和轴箱轴承直接承受来自车辆的载荷与轨道的激励,同时其动态特性又直接影响车辆动力学性能。因此,掌握服役过程中高速列车齿轮传动系统与轴箱轴承振动行为对于保障高速列车安全运营具有重要意义。传统车辆动力学研究主要集中于整车振动行为,以及车体、构架与轮对等主要关键部件。然而,关于高速列车齿轮传动系统和轴箱轴承,特别是考虑其服役环境影响的研究几乎没有。本文针对这一问题,基于车辆-轨道耦合动力学理论、齿轮传动系统动力学理论以及轴承动力学理论,对高速列车齿轮传动系统及轴箱轴承的振动特性及响应开展了系统研究,主要包括如下几个部分:首先,基于高速列车齿轮传动系统及轴箱轴承的结构特征和工作原理,理论推导了齿轮传动子系统、轴箱子系统与车辆系统的耦合关系,建立了考虑齿轮传动系统及轴箱轴承的高速列车车辆-轨道耦合动力学模型。与传统车辆-轨道耦合动力学模型相比,首次考虑了齿轮传动系统以及轴箱轴承与车辆-轨道系统的耦合振动影响,模拟了系统的非线性特性,比如齿轮时变啮合刚度、齿侧间隙、传递误差以及轴承非线性刚度和间隙等,能够反映齿轮传动系统和轴箱轴承在服役环境下的振动特性。通过数值计算,与传统车辆-轨道耦合动力学模型计算结果进行对比,验证所提出模型的正确性。然后,基于建立的车辆-轨道耦合动力学模型,研究了在轨道不平顺激励、齿轮啮合作用和横向脉动风等激励下轴箱轴承的振动行为。基于耦合动力学模型、随机激励模型和蒙特卡洛方法建立了轴箱轴承在外部激励下的随机响应分析模型,详细分析了不同风速及行车速度下的滚子接触力和接触应力随机响应特征。然后通过与线路实验结果对比验证了动力学模型的正确性。其次,针对高速列车服役过程中经常出现的轮对失效现象(车轮扁疤和车轮多边形磨耗),基于考虑轴箱轴承的高速列车车辆-轨道耦合动力学模型,分析了服役过程中轮对失效对轴箱轴承的影响。作为车辆-轨道耦合动力学模型激励,对车轮扁疤进行建模,实现不同扁疤长度以及不同速度下轴箱轴承的振动特性分析。进一步,通过实验手段测试车轮多边形磨耗,获得服役过程中车轮多边形磨耗外形、分布规律,基于多边形理论模型和实测数据分析了多边形磨耗波深、阶数及运行速度对轴箱轴承的影响。然后,基于考虑牵引传动系统的高速列车车辆-轨道耦合动力学模型分析齿轮啮合对车辆-轨道耦合系统的影响。进一步,建立考虑传动系统齿轮及其轴承的车辆-轨道耦合动力学模型,分析齿轮及轴承在服役环境中的耦合振动行为。同时针对传动系统常见的故障之一,开展了齿轮偏心对系统影响研究。研究了齿轮裂纹、车轮扁疤和车轮多边形磨耗状态下传动系统的扭转振动特性,为传动系统故障诊断及健康监测提供依据。接下来,通过小滚轮激振实验台研究了车轮20阶多边形磨耗下齿轮箱振动特征。最后,基于车辆动力学理论和齿轮动力学模型,在SIMPACK环境建立了动车和拖车的多体系统动力学模型。为了真实地反应车辆的振动特征,该模型详细考虑了各种非线性因素,如牵引特性、时变啮合刚度、摩擦力和齿侧间隙。然后,将车辆多体系统动力学与车轮磨耗预测模型结合,实现车轮踏面磨耗预测。基于提出的模型,详细分析了动车及拖车的车轮磨损差异及其机理,研究了在镟修周期内齿轮传动系统对应于不同车轮磨耗状态下的振动特性。