机械传动系统是各类机械设备输入、运转的动力传递设备，其设计合理性直接影响着设备的运行效率、稳定性和使用寿命。针对机械传动系统以往的传统设计以经验为主、对动态性能控制不好、结构冗余等现象，本文针对典型齿轮-轴承传动系统，基于多目标优化理论与动力学仿真技术开展系统优化设计和动态特性分析，总结传动系统设计的核心参数与约束条件，构建以轻量化、高效率、低振动为目标的优化数学模型，利用智能优化算法求解优化设计；基于多体动力学仿真软件建立仿真模型，模拟不同工况下的振动、应力分布和运动精度，检验优化设计可行性。结果表明，优化后的传动系统质量降低、传动效率提高、振动噪声减小等有明显提升，为同类机械传动系统设计提供理论支持与技术依据。