齿轮是机械设备中应用最广的机械部件之一，齿轮系统常用于减速并提高可用转矩，改变能量的传输方向等。随着大惯量负载在空间驱动机构中的广泛应用，大惯量对空间飞行器设计的寿命、可靠性、安全性等方面带来了新的问题和挑战。针对某型号大惯量负载空间驱动机构产生的时变、非线性扰振问题，以两级直齿轮减速机构为研究对象，建立综合考虑时变刚度、齿型和齿距误差、齿侧间隙的非线性时变动力学模型。运用ADAMS进行动力学仿真，借助时域响应图、相平面图和Poincaré图分析了大惯量负载对齿轮系统启动、运行和停止时动态响应的影响，并在大惯量负载条件下分析了不同因素对齿轮系统动态响应的影响。分析结果表明，输出轴的刚度和第二级齿轮副的啮合刚度对齿轮系统负载响应影响较大，适当提高输出轴的刚度并降低第二级齿轮副的啮合刚度有助于降低齿轮系统的振动。本文所做的研究为提高齿轮系统传动精度、降低传动误差等提供了优化方向，丰富了二级直齿轮非线性时变动力学模型和大惯量负载方面的研究，为实际设计齿轮系统提供了重要参考依据。