齿轮传动有着悠久的发展历史,到目前为止齿轮在机械领域应用极为广泛,同时也是机械传动领域重要的传动形式之一。但是,随着世界能源的极度匮乏、恶劣的环境污染问题的相继出现,迫切要求齿轮传动系统向高效轻质、节能环保的方向发展。齿轮系统设计的好坏不仅关系到世界经济的可持续发展,而且也关系到齿轮系统类设备能否在未来激烈竞争中处于不败之地。因此,基于当前齿轮系统迫切需要解决的问题进行如下研究:首先,主要以单级齿轮传动为研究对象,基于摩擦理论提出考虑基本参数、载荷、转速、润滑和制造精度等实际工况的单级齿轮传动的效率与体积的计算通式,然后用参数化设计的思想编制了相应的计算分析程序,计算获得齿轮基本参数对效率和体积的影响规律,最终确定了这些基本参数的合理取值范围,缩小了齿轮基本参数的可行域空间,为齿轮传动系统优化设计中设计变量的边界约束确定打下基础。其次,以多级齿轮传动系统为研究对象,围绕“高效轻质”的设计目标,提出了多级齿轮传动系统的多目标动态优化设计通用数学模型,借助成熟的遗传算法NSGAII程序代码框架编制了 C++环境下的优化程序代码,计算获得实现效率高、体积小目标的多种可供选择的设计方案。鉴于此种优化方法的优化参数是连续实型变量,获得的优化参数值不符合实际工程应用要求,于是编制了满足工程应用要求的优化设计参数值的可行性分析程序,完成优化结果的数据整理,并通过三维布局视图实现设计结果的可视化表达。再次,在上述关于多级齿轮传动系统优化设计的静态研究基础上进行动力学相关方面研究,建立了渐开线圆柱齿轮啮合特性分析的振动模型,归纳总结出轮齿不同啮合位置刚度、系统振幅的计算公式,通过对影响齿轮系统振动因素的分析讨论,获得的结论为齿轮系统振动、噪声、安全性监测方面的进一步研究打下了基础。最后,基于Matlab软件研制了多级齿轮传动设计系统软件,详细介绍了系统主界面的内容、各部分内容中相关控件的调用和相关程序的编写方法,实现了齿轮基本设计参数范围的确定、多级齿轮传动系统的动态优化设计及轮齿啮合刚度计算和齿轮传动振幅影响因素分析等功能的参数化设计和可视化显示。实例验证表明所研制的系统是可行和实用的,不仅界面友善,易于操作,设计效率高,而且提供的多种设计方案可拓宽设计师的视野,有助于提升齿轮传动性能。