本课题依托于国家自然科学基金项目“超大功率多行星轮柔性销轴风电齿轮箱均载机理及构型研究(51405048)”,旨在对风电齿轮箱行星齿轮传动结构的优化设计方法进行研究,利用多目标优化方法,减小风电齿轮箱行星齿轮系统的空间尺寸,提高系统功率密度,降低系统工作时的振动冲击,从而提升风电齿轮箱工作的动力性能以及可靠性。行星齿轮传动具有传递功率大、动力传输效率高、结构紧凑等诸多优点,在风力发电、船舶、航空航天等领域得到广泛的应用。由于系统线载荷密度高、对设计尺寸要求严格,不仅要考虑每个构件的传动效率、传动能力与其几何尺寸、空间位置之间的制约关系,同时要考虑工作时各个构件设计参数对承载能力、动态性能以及啮合接触的影响,常规传统的设计方法往往难以达到理想的工程实际效果,因此讨论优化设计方法具有较好的理论意义与现实意义。本文以某大型风电齿轮箱行星齿轮传动系统为研究对象,针对行星齿轮系统的空间尺寸、传动效率、齿面接触温度、齿轮副的动态啮合力等动力学性能,基于齿轮啮合原理、机械动力学、热力学、智能算法以及响应面优化方法等多学科交叉理论,利用理论计算分析的方法对风电齿轮箱行星齿轮传动系统的多目标优化进行了研究,采用两种优化方法,从不同角度对行星齿轮系统进行多目标优化设计,目的在于设计结构更轻量、传动效率更高、传动更平稳、啮合冲击小、动力性能更好的行星齿轮系统。论文主要研究内容如下:1.研究系统的啮合相位、时变啮合刚度以及综合误差等因素,采用集中参数法推导了包含以上激励的行星齿轮系统动力学方程,针对行星齿轮系统的特性,分析了系统的时变啮合刚度、阻尼以及综合误差,推导了系统动力学方程求解方法,求解了系统的振动响应。2.对建立的行星齿轮动力学方程进行求解,得到各个构件的振动响应以及齿轮副动态啮合力,利用偏导法分析了三组参数:质量、刚度、阻尼对行星齿轮系统响应的灵敏度。针对综合灵敏度最高的参数,讨论参数变化对(齿圈-行星轮)r-p动态啮合力和(太阳轮-行星轮)s-p动态啮合力的影响。3采用改进的粒子群优化算法,考虑行星齿轮系统的的安装条件、邻接条件、传动条件、弯曲强度等因素,将其作为优化函数的约束条件,以齿数、模数、齿宽、变位系数等作为设计变量,以中心距最小、效率最高、体积最小为多目标优化函数,对行星齿轮系统进行基于智能算法的静态多目标优化计算。对比了粒子群算法(PSO)、自适应粒子群算法(APSO)以及改进的粒子群优化算法(D-APSO)算法下,行星齿轮系统的优化计算速度和优化效果。4.采用响应面优化方法,考虑行星齿轮系统参数变化以及齿廓修形量对动态啮合力和齿面温度的影响,选择行星齿轮系统的齿数、模数、齿宽以及齿廓修形量作为设计变量,综合考虑行星齿轮系统的边界协调条件以及强度约束,以行星齿轮两个啮合副r-p、s-p的动态啮合力和s-p啮合副的齿面温度作为动态性能多目标优化函数,设计响应面优化样本点,利用响应面分析软件Design-Expert计算出设计范围内多目标优化函数最优解对应的设计参数,对比了优化前后行星齿轮系统动力性能的变化。