风力齿轮箱优化设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上摘要能源是人类社会千百年来发展的基础，在物质生活不断丰富精神生活不断饱满的今天，能源危机正渐渐成为阻碍人类进步的一大难题。人们需要更多的新型能源来支撑人类的发展，而风能作为典型的清洁能源，在减少温室气体排放、减轻环境污染等方面有着很突出的作用，已被全世界各国的人民认知与接受，正慢慢成为一种不可或缺的资源。 通过使用全方面的工程手段，例如通过使用风力机，通过把风所产生的动能有效地转换为可利用的产业能源。其中，齿轮箱作为风力发电机中一个关键的机件，在其运行过程中扮演着不可或缺的角色。但目前我国的风力发电机组大多数依赖进口，这意味着其成本之高昂，且发电机组本身存在着难以维修

2、的问题，一旦出现故障就意味着将损耗大量财力去解决问题。这些难题都制约着我国风电技术的发展与进步。因此，齿轮箱的国产化与优化就成了迫在眉睫的一大问题。 通过对齿轮箱的优化设计不仅能满足其设计要求，而且在这基础上使得齿轮箱的体积、质量都得到缩减，从而得以降低其生产成本。这一设计必定将在风电领域拥有广阔的市场。关键词：风力齿轮箱 优化设计 MATLABAbstractEnergy is the basis for the development of human society for thousands of years, in the material life continue to enri

3、ch the spiritual life is constantly full today, the energy crisis is gradually becoming a major obstacle to human progress. People need more new energy to support the development of mankind, and wind energy as a typical clean energy, in reducing greenhouse gas emissions, reduce environmental polluti

4、on has a very prominent role, has been the people around the world awareness and acceptance, Is slowly becoming an indispensable resource.  Wind energy through the use of comprehensive engineering technology, the use of wind turbines will be the wind kinetic energy into mechanical energy,

5、electricity and heat and so on. Among them, the gear box as a wind turbine in an important mechanical parts, in the wind turbine play an indispensable role. However, most of China's wind turbines rely on imports, which means that the cost of high, and the generator itself is difficult to repair

6、the problem, once the failure means that will lose a lot of money to solve the problem. These problems are restricting the development of China's wind power technology and progress. Therefore, the localization and optimization of the gearbox has become a big problem of imminent.  The o

7、ptimal design of the gearbox not only meets its design requirements, but also reduces the volume and quality of the gearbox to reduce its production costs. This design will certainly have a broad market in the field of wind power.Keywords: wind gear box Optimized design Matlab目录摘要 Abstract. 第一章 绪论.

8、11.1研究背景与意义.11.2对风能的研究与发展现状1.3风力发电机的原理1.4风电齿轮箱的工作原理1.5风电齿轮箱的优化方法1.6行星齿轮传动的特点1.7论文研究的主要内容第二章 传动方案选型2.1已知条件2.2产品特点与传动示意图2.3将已知条件进行推算第三章 传动比的优化设计3.1建立目标函数3.2建立约束条件3.3建立齿轮箱数学模型第四章 使用MATLAB处理数据求最优值4.1 MATLAB软件介绍4.2建立目标函数M文件4.3建立约束函数的M文件4.4求解4.5验算4.6优化结果与原设计的对比第五章 总结与思考第六章 致谢参考文献第1章 绪论1.1 研究背景与意义图（1）传统的火力

9、发电当今社会，随着科技的发展，人们的生活变得越来越丰富多彩，科技的进步推动着人类文明的前进。但很多问题也同时出现在大众的视野中，大家越来越关注这些污染问题、能源减少等等问题。可以预见的是，人类对于能源的需求只会越来越大，这也就意味着能源问题与社会进步之间的矛盾将越来越尖锐。人们所使用的传统发电方式，例如火力发电，如图（1）所示，其对环境的污染与破坏极大，且火力发电所需要的煤和石油等资源都属于不可再生能源，总有一天会在这个星球上枯竭。因为如此，所以更要加快企业的升级，完成传统产业向新兴产业的转化，更加有计划的对能源的使用，提高对传统能源的保护，加强大众对此进行保护的观念，加快完成能源的重复利用。

10、作为大学生的我们更要带头加强对资源保护的意识。1980年，联合国召开的“联合国新能源和可再生能源会议”上将新能源定义为“以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用，用取之不尽用之不竭的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源” 混合酶强化剩余污泥微生物燃料电池产电性能和污泥 减量化的研究张植平 - 中国优秀硕士学位论文全文 数据库- 2014 新能源及其在建筑照明上的应用 高飞 祝昌汉 林若慈 -照明工程学报 2010tai。新能源顾名思义即区别于传统能源的、对环境污染小、开发难度大、使用效率高的能源，新能源现在已经被大众所接受，并逐渐占据能源市场，风能就是其中的宠

11、儿，受到科学家们的重视，风能已经成为我们日常生活中不可或缺的能源。由于地球表层受热程度不均，导致气流受压不同，相互作用，从而产生了广为人知的绿色环保新能源风能。风能作为一种绿色环保新能源，其储备量十分充裕且广泛地分布在世界各地。一年中可开发的能源量约为5.3×1013千瓦时。据世界气象组织和中国气象局气象科学研究院分析表明，地球上可利用的风能资源为200亿kW 直驱式风力发电机组最大功率跟踪思勤 - 中国优 秀硕士学位论文全文数据库- 2013。此外，与传统的火电和核电相比，风力发电还具备减轻有毒有害物质排放和零辐射的优点。因此，风力发电已被世界各国所重视并开发利用。合理的使用风能资

12、源，既能够有效改善当今世界所面临的严重的污染现状，还减轻了人类对于不可再生资源的依赖。 综上所述，无论是从资源问题方面还是从环境问题方面，我们都应该大力发展风能这一新型能源。风力发电占据着风能市场的重要地位，把风能转化为电能，合理地利用自然资源无污染的情人类传输不可或缺的电力，我们的生活已经离不开风力发电，它也必将在世界的舞台上扮演着重要的角色。1.2 对风能的研究与发展现状 关于风能的研究与运用可谓是历史悠久，最早可追溯到公元前。其中四大文明古国便是参与了世界上最早关于风能研究的国家。14 世纪风车在欧洲兴起成为公元前2世纪，古波斯人利用垂直风车碾米，10世纪时伊斯兰人利用风车提水 高功率风

13、力机叶型数值模拟及实验研究赖巍 - 中 国优秀硕士学位论文全文数据库- 2011。13世纪时期风车流传进入欧洲，到14世纪时已经成为不可或缺的原动机 基于摩擦风力机叶轮转速控制系统的研究朱国权 中国优秀硕士学位论文全文数据库- 2013。在荷兰风车的应用广泛，直至蒸汽机的出现才使风车数量急剧下降。 关于风能的技术研究起源远远早于其他环保能源的研究，但不得不承认其发展进度十分之慢，且风能研究滞后历史进程这一问题被历代人所忽视。， 1973年，全球性的石油危机爆发，面对旧能源导致的世界范围内的污染问题和资源供不需求的挑战，风能再次进入大众视野，重新登上能源的历史舞台，有效的应对当时所面临的困难。美

14、国在1974年开始实行联邦风能计划，并于80年代开发了100、200、2000、2500、6200、7200kW图（2）风力发电这六种类型的风力机组。当前，美国已经拥有了全球范围内最大的风力机装机容量数量最多的国家，数据表明其拥有量已经超过2×104MW,并且仍在以百分之十的增速稳定上升。自上世纪八十年代初，风力发电技术逐步成熟，在多国科研人员的共同努力下，不断完善，并投入到资本市场中。主要的机组容量有300kW、600kW、750kW、850kW、1MW、2MW。为了迎合市场需求，在政策、科研与资本的推动下，新世纪初始，全球风力机总量成功突破两万MW。可见风能已经成为今后能源开发与

15、使用的风向标，也势必成为今后市场必不可缺的新能源。 我国也十分重视风力发电技术，截止2003年末，已在全国14个省市建立了40余个风电场，同时总装机容量高达56.8千瓦。研究表明，我国的发电装机总量于2003年三千多亿千瓦将会发展至2020年达到总量超过九千多亿千瓦。从我国能源规划蓝图中可得，我国的风能资源十分充裕，并且在我国资本市场中有着非常光明、稳定的发展趋势。1.3 风力发电机的原理发动机的核心部分、零件以及电动零部件组成了我们所熟知的风电发动机。风电发动机最主要的能量转化就是：风能机械能电能，其中发动机核心部分以及零件完成了第一步的转换，电力装置完成了下一步的能量转化，其实这个过程很简

16、单，但是风力发电机的前期准备却是很复杂的，需要大量的工程方面的测试与研究，这其中包含了很多科学家的心血。风电发动机最主要的能量转化就是：风能机械能电能。这个过程便是风电发动机最奇妙的地方，也是最核心的工作方式与原理。1.4 风电齿轮箱的工作原理风电齿轮箱是风力发电的核心装置，其要求严格，必须安全合格且经久耐用，一般来说需要达到15年以上的使用寿命。在风的作用下，叶轮开始转动，行星架也随之工作起来，行星轮与太阳轮的齿轮开始转动，并完成相互之间的配合。通过传动比把太阳轮的速度放大，完成加速的环节来提高能量转化中的机械能的提高，来提升发电的效率，以此保证利用率。然后通过复杂的系统将速度进一步放大，以

17、此来完成发动机运转，完成能量的传递。风力发电机齿轮箱结构简图如图（3）所示。图（3）风力发电机齿轮箱结构简图1.5 风电齿轮箱的优化方法一般情况下，齿轮箱的优化方法分为两种。其一为解析法，其二则是将优化方法与有限元分析和计算机辅助设计的组合。第一种方法是通过人为对模型进行分析并建模列出符合要求的参数方程，且通过一系列约束条件对数据进行分析，最终得出较优的优化结果。常用的方法有基因遗传算法、惩罚函数法等。第二种优化方法则是将优化方法与有限元分析和计算机辅助设计相结合。即通过某种特定的计算机软件对某实体零件进行分析与计算，这种方法相比较第一种可以省去大量的时间与精力，并且通过计算机进行计算后得到的

18、结果更加精确。目前，这种优化方法已经得到了广泛的接受与认可，并普遍应用于各类优化计算中。1.6 行星齿轮传动的特点绝大多数情况下，人们所说的齿轮指的是转动轴线固定的齿轮，这些齿轮的转动轴相对于机壳固定，因此被称作“定轴齿轮”。而行星齿轮，其转动轴线是不固定的。行星齿轮除了可以围绕自己的转动轴转动（自转）外，其转动轴还随着行星架绕其他齿轮的轴线转动（公转）。这类齿轮的转动就像太阳系中各行星转动一样，因此被称作行星齿轮。图（4）行星齿轮构造示意图图（5）行星齿轮传动行星齿轮的特点类型行星齿轮与其它一般齿轮相比，其主要特别很明显。行星齿轮体积小，质量也更小，结构更加紧凑；承载能力大，工作更加平稳；传

19、动效率高，传动比更大。因此行星齿轮已被灵活运用于各类行业中去，行星齿轮传动技术也成为各国的机械研究重点。行星齿轮也存在一些弊端，比方说它的结构复杂，在加工生产中需要投入更多的人力物力，在安装过程中也相较普通齿轮来的复杂。因此，在设计行星齿轮传动装置时，应充分做到扬长避短，尽可能多的利用其优势，并努力规避其劣势。1.7 论文研究的主要内容 本文题为风力齿轮箱的优化设计，旨在保证风力齿轮箱正常运转工作的情况下，对其传动齿轮箱进行传动比优化分配和参数优化设计。风力齿轮箱要求体积小、重量轻。本次优化设计选择通过行星传动来达到其在体积小重量轻的前提下仍旧可以提供高传动比的目标，在保证其使用寿命和零件强度

20、的情况下，要求其重量最轻，体积最小。1.8 本章小结在这一章中我们探讨了这篇论文的研究背景与其意义价值。通过几个小的章节段落，首先我们了解了风能这一大概念，知晓了风能对人类的价值，以及大概了解了国内外对于风能这一新型能源的研究现状。从1.3起我们开始对风力发电机进行研究，风力发电机是将风能最终转化为电能的主要装置，首先我们了解了其工作原理，其次通过几个小章节对里面的主体内容风力齿轮箱进行研究。大概了解其工作原理后进一步寻求对其的优化方法。第2章 传动方案选型2.1 已知条件 本文选择南京高精齿轮股份有限公司所生产的型号FD2750兆瓦级风力发电齿轮箱为研究对象。FD2750采用一级行星+两级平

21、行轴的传动方式，额定功率2750kW，增速比100，输入转速15r/min，重量24000kg，要求使用寿命20年。图（6）FD27502.2 产品特点与传动示意图1采用多级行星结构，结构紧凑、承载能力强；2齿轮齿轴采用优质低碳合金钢，渗碳淬火后磨齿，精度5级（ISO1328）；内齿圈采用优质中碳合金钢，调质，齿面感应淬火后磨齿，精度6级（ISO1328）。3采用齿轮修形技术，降低载荷不均性，减小振动和噪音；4合理配制轴承，既保证轴承寿命又能达到齿轮均载的目的。5扭力臂、行星架、箱体等主要零部件采用有限元分析，在确保箱体的强度和刚度下优化结构。箱体采用高韧性球铁材料，具有良好的低温冲击韧性和高

22、强度，能在低温下正常工作。6根据机舱空间布置及用户要求，合理选用行星级和平行级，在满足传动要求情况，尽量减小齿轮箱轴向距离，减轻齿轮箱整体重量。7采用独特的润滑与密封方式，保证可靠润滑并杜绝漏油。 FD2750的传动示意图如图（7）所示图（7）FD2750传动示意图2.3将已知条件进行推算已知i=nin0=1100，ni=15，则n0=1500r/min，输入转矩Ti=9549Pni=9549×2.75×10³15=1751kNm，最小中心轮a的齿数 Za=Knp，其中k可取4，5，6，7，np为行星轮的个数，np=3,国家规定标准齿轮不发生根切的最少齿

23、数m=17,即Za17，这里选用Za=7=21，Zf=30。2.4 本章小结 第二章的主要内容一目了然，首先我们选取了南高齿生产的型号为FD2750的风力发电齿轮箱作为研究目标。通过官网等渠道我了解到其重量、输入转速、增速比、使用寿命等相关数据，并把这些数据作为本次优化设计的已知条件。我还从官网上了解到FD2750这一型号的设备所拥有的竞争优势以及产品特点，并找到了其相关的传动示意图。并且通过已知的条件进行简单的运算，计算出它的输入扭矩、输出转速等数据，并且确定了其行星轮的个数。为后面章节中对该设备进行优化设计打下了基础。第3章 传动比的优化设计3.1 建立目标函数 本文设计要求在保证齿轮箱使

24、用寿命和产品强度的前提下，使风力发电机增速传动齿轮箱重量体积最小。齿轮箱的总体积大小与齿轮的齿数、模数、齿宽、行星轮个数有关，因此我们有下列表达式：V=（da2+dc2）4ba-c+（dd2+db2）4bb-d+de24be+df24bf式中，da，db，dc，dd，de，df，表示a,b,c,d,e,f齿轮的分度圆直径；ba-c，bb-d，be，bf，表示齿轮ac,bd,e,f的齿宽。3.2建立约束条件 约束条件分为两种，其一是边界约束，即对变量的变化范围进行研究，如齿轮箱的最小齿数，齿轮齿宽等；其二则是性能约束，即考虑目标的设计性能与指标，对这两点进行计算推导得出的一种约束条件，如齿轮的接

25、触强度与弯曲强度等。3.2.1 齿轮不根切的条件国家标准中齿轮不发生根切的情况下，齿轮的最少齿数为17个，可以得出：Zb17，Zc17，Zd17，Ze173.2.2 传动比约束条件本文选择的齿轮箱模型，其传动比范围是iaHb=7-16，且该设计的传动比已知i=100。由传动比公式可知iaHb=1-iabH=1+ZcZbZaZd，可以得出：71+ZcZbZaZd16令A=ZcZa，B=ZbZd，1.2ZcZa4.2，2.4ZbZd4.8斜齿轮i2的传动比为ZeZf则可以得到i=iabHi2=（1+ZcZbZaZd）ZeZf=1003.2.3同心条件 同心条件即要求系杆转轴轴线与太阳轮重合，可得出

26、约束条件为 za+zc=zb-zd3.2.4装配条件在行星轮系中，应该几个行星轮能对称装入并保证与中心轮正确啮合应具备的齿数关系。在本文中，我们研究的对象有三个行星轮，则必须满足以下条件才可以正常安装：za+zbnp=CC取整数在本次设计中，np=3，za=21，则zb只要为3的整数倍即可达到安装条件，zb=3C(C取整数)。3.2.5邻接条件 为了使行星轮之间不相互干涉，要保证在行星轮的齿顶在连心线上保留一定的间隙，换言之，相邻行星轮的齿顶圆半径和要小于其中心距。即(za+zc)sinnp>zc+2ha*，式中za=21，np=3，ha*=1，可得出不等式： zc<120.823

27、.2.6模数约束 根据风力发电机齿轮传动特性，我们取约束函数： 6m20，6mn20 式中m为行星轮a,b,c,d的模数；mn为e,f的模数3.2.7齿轮接触强度条件 在行星轮组中，太阳轮与行星轮的材料为20CrMnTi，表面采用渗碳淬火的处理方法，其齿面强度为58-62HRC。 齿轮齿面接触疲劳极限Hlim=1400Mpa 齿轮齿面弯曲疲劳极限Flim=340Mpa 行星齿轮的齿面接触强度为：H=H0KA KV KH KH KHpHp H0=ZHZEZZFtd1b×u±1u Hp=HlimSHlimZNTZLZVZRZWZX计算其名义转矩T1与名义圆周力T1=TaNp=1

28、7513iaHb=17513(1+ZcZbZaZd)KNmFt=2000Tda=2000mza17513(1+ZcZbZaZd)=.3zdm(zazd+zczb)KN计算接触应力H0=ZHZEZZFtd1b×u±1u =.0Zd(Zc+Za)m3Za2Zc(ZaZd+ZcZb)Ha=H0KAKVKHKHKHp1=.0Zd(Zc+Za)m3Za2Zc(ZaZd+ZcZb)×1×1.05×1×1.0×1.05=.6Zd(Zc+Za)m3Za2Zc(ZaZd+ZcZb)计算许用接触应力 则为满足强度要求，必须满足.6Zd(Zc+Z

29、a)m3Za2Zc(ZaZd+ZcZb)927.93.2.8齿轮弯曲强度条件 行星齿轮的弯曲强度公式为：齿根应力F=F0KAKVKFKFKFp 齿根应力的基本值：F0=FtbmnYFaYSaYY 许用齿根应力：Fp=FlimYSTYNTSFlimYrelTYRrelTYX 计算齿根应力基本值F01=.7Zdm3(ZaZd+ZcZb)MPa齿根应力F1=.6Zdm3(ZaZd+ZcZb) 齿根应力应不大于许用弯曲应力，计算出弯曲应力大小为267.54MPa,则可以得出约束条件： .7Zdm3(ZaZd+ZcZb)267.54 3.3建立齿轮箱数学模型由3.1章节已知，齿轮箱的体积可由公式V=（d

30、a2+dc2）4ba-c+（dd2+db2）4bb-d+de24be+df24bf 进行计算，且已知Za=21,Zf=30,代入可得公式：V=3435.3m3+10.6m3zc2+0.118m3zd2zb+0.118m3zb3+25.26ze2mn3+23000.6mn3+4002.5mn2 从公式中不难发现，影响V的变量有m、mn、zb、zc、zd、ze。设计变量：x=x1,x2,x3,x4,x5,x6T=zb,zc,zd,ze,m,mnT。可将目标函数变换为： minf(x)=3435.3x53+10.6x53x22+0.118x53x32x1+0.118x53x13+25.56x42x6

31、3+23000.6x63+4002.5x62。 由之前的计算可知，有约束条件：Zb17，Zc17，Zd17，Ze17、1.2ZcZa4.2，2.4ZbZd4.8、（1+ZcZbZaZd）ZeZf=100、 za+zc=zb-zd、zb=3C(C取整数)、 zc<120.82 6m20，6mn20、.6Zd(Zc+Za)m3Za2Zc(ZaZd+ZcZb)927.9、 .7Zdm3(ZaZd+ZcZb)267.54 化简后可得条件h1(x)=x430+x2x3x4540x3-100=0h2(x)=x1-x3-x2-21=0x1=3C（C为整数）g1(x)=21.6-x20g2(x)=x2-

32、75.60g3(x)=2.4x3-x10g4(x)=x1-4.8x30g5(x)=17-x10g6(x)=17-x20g7(x)=17-x30g8(x)=17-x40g9(x)=6-x50g10(x)=x5-200g11(x)=6-x60g12(x)=x6-200g13(x)=.9×x3(x2+18)-x53x2(18x3+x2x1)0g14(x)=40100.1×x2(x1+x3)x53x13(18x3+x1x2)-10g15(x)=160.55×(x4+30)-x53x40g16(x)=.7×x3-x53(x1-x3)(x1-21)0g17(x)=.

33、3x2x53x118x3+x1x2-10g18(x)=74946.06-259.66x630g19(x)=72365.89-265.23x630g20(x)=108x3-x2x10g21(x)=x2x1-270x30传动齿轮箱的数学模型为求设计变量X，X=x1，x2，x3，x4，x5，x6Tminf(X)s.t.gi(X)0 (i=1,2,21) hj(X)=0 (j=1,2)3.4本章小结 在这一章中我们开始对所选模型进行优化与设计，本章存在大量的计算。首先根据齿轮箱里齿轮齿宽、齿数、模数、行星轮个数等条件我们确立了其体积的计算公式。接着通过八个条件，我们确立了与之相关的八组约束条件，只有都

34、满足这些约束条件本次的优化设计才会有意义。在确立约束条件后我们将已知条件代入先前得到的齿轮箱体积计算公式中，并结合一系列的约束条件，得出齿轮箱的数学模型。第4章 使用MATLAB处理数据求最优值4.1MATLAB软件介绍 MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，是matrix&laboratory的组合，其包括了MATLAB与Simulink两部分，被广泛运用于算法开发、数据分析与计算、数据可视化等领域。 MATLAB的基本数据单位是矩阵，包含了控制语句、函数、数据结构、输入输出和面向对象编程特点。MATLAB可用于数值分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控制系统

35、的设计和仿真、数字图像处理技术、数字信号处理技术、通讯系统设计与仿真、财务与金融工程、管理与调度优化计算等领域。其运算方便，为用户们提供了大量的处理工具。4.2建立目标函数M文件 建立目标函数M文件并保存，文件名为zrh1.m，其内容为：function f =zrh1(x) f=3435.3*x(5)3+10.6*x(5)3*x(2)2+0.118*x(5)3*x(3)2*x(1)+0.118*x(5)3*x(1)3+25.56*x(4)2*x(6)3+23000.6*x(6)3+4002.5*x(6)24.3 建立约束函数的M文件 建立文件名为zrh2.m的约束函数M文件，内容为： fun

36、ctionc,ceq=zrh2(x) g(1)=21.6-x(2); g(2)=x(2)-75.6;g(3)=2.4*x(3)-x(1);g(4)=x(1)-4.8*x(3);g(5)=17-x(1);g(6)=17-x(2);g(7)=17-x(3);g(8)=17-x(4);g(9)=6-x(5);g(10)=x(5)-20;g(11)=6-x(6);g(12)=x(6)-20;g(13)=.3*x(3)*(x(2)+18)-x(5)3*x(2)*(18*x(3)+x(2)*x(1);g(14)=40100.1*(x(2)*(x(1)+x(3)/(x(5)3*x(1)3*(18*x(3)+

37、x(2)*x(1)0.5-1;g(15)=160.55*(x(4)+30)-x(5)3*x(4);g(16)=.7*x(3)-x(5)3*(x(1)-x(3)*(x(1)-18);g(17)=.3*x(2)/(x(5)3*x(1)*(18*x(3)+x(1)*x(2)-1;g(18)=74946.06-259.66*x(6)3;g(19)=72365.89-265.23*x(6)3;g(20)=108*x(3)-x(2)*x(1);g(21)=x(2)*x(1)-270*x(3);c=g(1);g(2);g(3);g(4);g(5);g(6);g(7);g(8);g(9);g(10);g(11

38、);g(12);g(13);g(14);g(15);g(16);g(17);g(18);g(19);g(20);g(21);ceq=x(4)/30+x(2)*x(1)*x(4)/540*x(3)-90;x(1)-x(3)-x(2)-18;4.4求解 解得x=104.73 62.50 24.24 168.75 14.00 7.00 fval=7.7274e+008 通过约束条件x1=3C（C整数），取x=105，x2取62，x3取25，x4=175。 X=105 62 25 175 14 7 f=7.9389e+0084.5验算 将求得的数值代入之前得出的不等式进行运算，其运算结果如下：g1(x

39、)=-40.40; g2(x)=-13.60;g3(x)=-450;g4(x)=-150;g5(x)=-880;g6(x)=-450;g7(x)=-80;g8(x)=1580;g9(x)=-80;g10(x)=-60;g11(x)=-10;g12(x)=-130;g13(x)=-4.04*1080;g14(x)=-0.230;g15(x)=-4.47*1050;g16(x)=-7.4*1060；g17(x)=-7.25*10-30;g18(x)=-1.41*1040;g19(x)=-186080;g20(x)=-38100;g21(x)=-2400经验算后发现得出的结果都满足之前的约束条件4.

40、6 优化结果与原设计的对比优化项目优化前优化后Zb102105Zc5662Zd2825Ze219175行星齿轮模数m1414齿轮箱体积8.677.94通过本次优化，我们将齿轮箱的体积从8.67降到了7.94，体积缩小了8.42%，齿轮箱的质量也相应减少。且从优化结果来看，各约束条件也得到满足。4.7 本章小结 本章是此次优化设计的核心章节，在这一章中我们将前几章的所学所识都结合在一起，将上一章得出的数学模型通过MATLAB软件表达出来，并将先前得出的21个约束条件转化为相应的代码。通过MATLAB进行求解得出本次优化设计的最优值。在得出数值后我们还需要将数值代入到先前的约束条件中去，看是否一一

41、满足这些约束条件。 第5章 总结与思考本次优化设计选取兆瓦级风力发电机为研究对象，对其齿轮箱增速箱进行研究。在保证工作强度、使用寿命的前提下，实现了对其体积、质量进行了缩减优化。本次优化设计做了以下相关内容：（1）根据已知的传动比与输入转速求出其输出转速，并通过已知的功率求出其转矩。根据风力发电机的工作要求制定了其一级行星+两级平行轴的工作方式。（2）建立了传动比优化的目标函数，通过齿轮不根切条件、传动比约束条件、装配条件、模数约束条件、邻接条件、同心条件、齿轮接触强度条件、齿轮弯曲疲劳强度条件等约束条件，建立了风力机齿轮箱优化的数学模型。 （3）通过数学模型建立MATLAB目标函数以及约束函

42、数的文件，利用MATLAB软件进行运算并求值。在求出数值后通过约束条件进一步优化数值，得到本次优化设计的最优值。 （4）将运算得出的数值代入各约束条件中，观察是否符合各约束条件。 （5）通过本次优化设计将齿轮箱的体积缩减了8.42%，其质量也相应减少。通过验算发现各部件的数值均能满足其约束条件，并且得到了其工作强度和使用寿命的要求。 以上就是本次优化设计所做的主要工作，由于学生所掌握的知识有限，加上时间与精力的约束，本次优化设计仍存在诸多不足，有待日后进一步的思考与研究。 第6章 致谢首先，关于此次毕业设计要特别感谢我的导师杨某存老师。从设计的选题到最后的论文的定稿，都离不开他的耐心的教导、悉

43、心的指导和中肯的建议。选题初期，面对众多课题茫然过；确定课题之后，面对复杂的模型设计、数据分析退怯过，面对种种挑战，杨老师不仅给了我许多建设性的意见与帮助，还鼓励我克服设计中的困难，给予了我莫大的勇气和信心继续完成这个毕业设计。同时，杨老师对待学术严谨、认真，刻苦钻研的精神深深的打动了我，也在我毕业之际教给了我人生重要一课，面对困难要对症下药，不能让畏难情绪打败自己。同时面对专业应当保持科学认真、端正严肃、一丝不苟的精神，无论是对我今后的学习还是工作，生活还是感情都至关重要。此次毕业设计的全过程，让我一生受益匪浅。其次，我要感谢这四年来，所有任课老师。他们兢兢业业，风雨无阻培育我，传授给我专业知识，打开了新世界的大门。从入学之初对机械感到乏味，到毕业之际将机械事业确立我终生为之奋斗的方向，一切都离不开大学老师对我的栽培。也正是有了这四年的学习与研究，给我打下了扎实的专业基础，才使我能够顺利的完成毕业设计，为大学生活画下一个圆满的句号。第三，我要感谢我的舍友、同学和大学曾经出现在我生活里，给我给予帮助的同辈们。他们参与了我的大学生活，与我同甘共苦，陪伴我度过了种种艰难的时