Sachverhalt: A. Die Staatsanwaltschaft erhob gegen X._ unter anderem Anklage wegen mehrfacher Vergewaltigung, Nötigung, sexueller Nötigung und versuchter Vergewaltigung zu Lasten seiner damaligen Ehefrau A._. Sie wirft ihm zusammengefasst vor, während der Ehe von Dezember 2006 bis März 2007 regelmässig einmal am Wochenende gegen den Willen seiner damaligen Ehefrau den Geschlechtsverkehr mit ihr erzwungen zu haben. Er soll ihr mehrmals damit gedroht haben, den gemeinsamen Sohn zu entführen und ihr Gesicht zu verunstalten, falls sie ihn verlasse. Im März 2010 - als sie bereits getrennt lebten - soll er sie gegen ihren Willen während einiger Minuten mit einem Vibrator vaginal penetriert haben und bei einem weiteren Vorfall mit zwei Fingern vaginal gegen ihren Willen in sie eingedrungen sein und anschliessend versucht haben, sie zu vergewaltigen. Hiervon habe er nur Abstand genommen, da der gemeinsame Sohn aufgewacht sei und nach seiner Mutter gerufen habe. Weitere Strafverfahren wegen sexueller Handlungen mit Kindern zum Nachteil des gemeinsamen Sohnes, sexueller Nötigung, Nötigung, Vernachlässigung der Unterhaltspflicht (alles zum Nachteil von A._) und Widerhandlung gegen das Ausländergesetz wurden eingestellt. B. Das Bezirksgericht Winterthur verurteilte X._ am 23. August 2013 wegen versuchter und mehrfacher vollendeter Vergewaltigung, sexueller Nötigung, mehrfacher Nötigung und weiterer Straftaten (Tätlichkeiten, Fahrens ohne Berechtigung und Verletzung von Verkehrsregeln) zu einer bedingten Freiheitsstrafe von 22 Monaten und einer Busse von Fr. 300.-. Es verpflichtete ihn, A._ eine Genugtuung von Fr. 10'000.- zu zahlen und wies deren Genugtuungsbegehren im Mehrbetrag ab. C. X._ erhob gegen das erstinstanzliche Urteil Berufung. Die Staatsanwaltschaft erklärte hinsichtlich des Strafmasses Anschlussberufung. Mit Präsidialverfügung vom 2. Mai 2014 wies die Verfahrensleitung des Obergerichts u.a die Beweisanträge von X._ auf Erstellung eines Glaubhaftigkeitsgutachtens und Einvernahme von A._ ab. Das Obergericht des Kantons Zürich verurteilte X._ am 23. September 2014 wegen sexueller Nötigung, versuchter Vergewaltigung und mehrfacher Nötigung unter Berücksichtigung der nicht angefochtenen erstinstanzlichen Schuldsprüche zu einer teilbedingten Freiheitsstrafe von 28 Monaten und einer Busse von Fr. 300. - als teilweise Zusatzstrafe zu einem Strafbefehl der Staatsanwaltschaft Zürich-Sihl. Vom Vorwurf der mehrfachen Vergewaltigung sprach es ihn frei. Es verpflichtete ihn, A._ eine Genugtuung von Fr. 3'000.- zu zahlen und wies die Genugtuungsforderung im Mehrbetrag ab. D. X._ führt Beschwerde in Strafsachen und beantragt sinngemäss, das obergerichtliche Urteil sei aufzuheben und an die Vorinstanz zurückzuweisen. Er sei von den Vorwürfen der versuchten Vergewaltigung, der sexuellen Nötigung und der mehrfachen Nötigung freizusprechen. Er ersucht um aufschiebende Wirkung seiner Beschwerde. Das Obergericht und die Oberstaatsanwaltschaft des Kantons Zürich haben auf Vernehmlassungen verzichtet. A._ schliesst auf Abweisung der Beschwerde und ersucht um unentgeltliche Rechtspflege.