風力齒輪箱優(yōu)化設計

摘要能源是人類社會千百年來發(fā)展的基礎，在物質生活不斷豐富精神生活不斷飽滿的今天，能源危機正漸漸成為阻礙人類進步的一大難題。人們需要更多的新型能源來支撐人類的發(fā)展，而風能作為典型的清潔能源，在減少溫室氣體排放、減輕環(huán)境污染等方面有著很突出的作用，已被全世界各國的人民認知與接受，正慢慢成為一種不可或缺的資源。通過使用全方面的工程手段，例如通過使用風力機，通過把風所產生的動能有效地轉換為可利用的產業(yè)能源。其中，齒輪箱作為風力發(fā)電機中一個關鍵的機件，在其運行過程中扮演著不可或缺的角色。但目前我國的風力發(fā)電機組大多數依賴進口，這意味著其成本之高昂，且發(fā)電機組本身存在著難以維修的問題，一旦出現故障就意味著將損耗大量財力去解決問題。這些難題都制約著我國風電技術的發(fā)展與進步。因此，齒輪箱的國產化與優(yōu)化就成了迫在眉睫的一大問題。通過對齒輪箱的優(yōu)化設計不僅能滿足其設計要求，而且在這基礎上使得齒輪箱的體積、質量都得到縮減，從而得以降低其生產成本。這一設計必定將在風電領域擁有廣闊的市場。關鍵詞：風力齒輪箱優(yōu)化設計MATLABAbstractEnergyisthebasisforthedevelopmentofhumansocietyforthousandsofyears,inthemateriallifecontinuetoenrichthespirituallifeisconstantlyfulltoday,theenergycrisisisgraduallybecomingamajorobstacletohumanprogress.Peopleneedmorenewenergytosupportthedevelopmentofmankind,andwindenergyasatypicalcleanenergy,inreducinggreenhousegasemissions,reduceenvironmentalpollutionhasaveryprominentrole,hasbeenthepeoplearoundtheworldawarenessandacceptance,Isslowlybecominganindispensableresource.Windenergythroughtheuseofcomprehensiveengineeringtechnology,theuseofwindturbineswillbethewindkineticenergyintomechanicalenergy,electricityandheatandsoon.Amongthem,thegearboxasawindturbineinanimportantmechanicalparts,inthewindturbineplayanindispensablerole.However,mostofChina'swindturbinesrelyonimports,whichmeansthatthecostofhigh,andthegeneratoritselfisdifficulttorepairtheproblem,oncethefailuremeansthatwilllosealotofmoneytosolvetheproblem.TheseproblemsarerestrictingthedevelopmentofChina'swindpowertechnologyandprogress.Therefore,thelocalizationandoptimizationofthegearboxhasbecomeabigproblemofimminent.Theoptimaldesignofthegearboxnotonlymeetsitsdesignrequirements,butalsoreducesthevolumeandqualityofthegearboxtoreduceitsproductioncosts.Thisdesignwillcertainlyhaveabroadmarketinthefieldofwindpower.Keywords:windgearboxOptimizeddesignMatlab目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要I\o"CurrentDocument"AbstractII\o"CurrentDocument"第一章緒論1\o"CurrentDocument"1.1研究背景與意義.11.2對風能的研究與發(fā)展現狀1.3風力發(fā)電機的原理1.4風電齒輪箱的工作原理1.5風電齒輪箱的優(yōu)化方法1.6行星齒輪傳動的特點1.7論文研究的主要內容第二章傳動方案選型2.1已知條件2.2產品特點與傳動示意圖2.3將已知條件進行推算第三章傳動比的優(yōu)化設計3.1建立目標函數3.2建立約束條件3.3建立齒輪箱數學模型第四章使用MATLAB處理數據求最優(yōu)值4.1MATLAB軟件介紹4.2建立目標函數M文件4.3建立約束函數的M文件4.4求解4.5驗算4.6優(yōu)化結果與原設計的對比第五章總結與思考第六章致謝參考文獻第1章緒論圖（1）傳統的火力發(fā)電1.1研究背景與意義第1章緒論圖（1）傳統的火力發(fā)電當今社會，隨著科技的發(fā)展，人們的生活變得越來越豐富多彩，科技的進步推動著人類文明的前進。但很多問題也同時出現在大眾的視野中，大家越來越關注這些污染問題、能源減少等等問題?？梢灶A見的是，人類對于能源的需求只會越來越大，這也就意味著能源問題與社會進步之間的矛盾將越來越尖銳。人們所使用的傳統發(fā)電方式，例如火力發(fā)電，如圖（1）所示，其對環(huán)境的污染與破壞極大，且火力發(fā)電所需要的煤和石油等資源都屬于不可再生能源，總有一天會在這個星球上枯竭。因為如此，所以更要加快企業(yè)的升級，完成傳統產業(yè)向新興產業(yè)的轉化，更加有計劃的對能源的使用，提高對傳統能源的保護，加強大眾對此進行保護的觀念，加快完成能源的重復利用。作為大學生的我們更要帶頭加強對資源保護的意識。1980年，聯合國召開的“聯合國新能源和可再生能源會議”上將新能源定義為“以新技術和新材料為基礎，使傳統的可再生能源得到現代化的開發(fā)和利用，用取之不盡用之不竭的可再生能源取代資源有限、對環(huán)境有污染的化石能源”12新能源顧名思義即區(qū)別于傳統能源的、對環(huán)境污染小、開發(fā)難度大、使用效率高的能源，新能源現在已經被大眾所接受，并逐漸占據能源市場，風能就是其中的寵兒，受到科學家們的重視，風能已經成為我們日常生活中不可或缺的能源。由于地球表層受熱程度不均，導致氣流受壓不同，相互作用，從而產生了廣為人知的綠色環(huán)保新能源一一風能。1《混合酶強化剩余污泥微生物燃料電池產電性能和污泥減量化的研究》張植平-《中國優(yōu)秀碩士學位論文全文數據庫》-20142《新能源及其在建筑照明上的應用》高飛祝昌漢林若慈-《照明工程學報》2010tai風能作為一種綠色環(huán)保新能源，其儲備量十分充裕且廣泛地分布在世界各地。一年中可開發(fā)的能源量約為5.3X10^13千瓦時。據世界氣象組織和中國氣象局氣象科學研究院分析表明，地球上可利用的風能資源為200億kW3。此外，與傳統的火電和核電相比，風力發(fā)電還具備減輕有毒有害物質排放和零輻射的優(yōu)點。因此，風力發(fā)電已被世界各國所重視并開發(fā)利用。合理的使用風能資源，既能夠有效改善當今世界所面臨的嚴重的污染現狀，還減輕了人類對于不可再生資源的依賴。綜上所述，無論是從資源問題方面還是從環(huán)境問題方面，我們都應該大力發(fā)展風能這一新型能源。風力發(fā)電占據著風能市場的重要地位，把風能轉化為電能，合理地利用自然資源無污染的情人類傳輸不可或缺的電力，我們的生活已經離不開風力發(fā)電，它也必將在世界的舞臺上扮演著重要的角色。1.2對風能的研究與發(fā)展現狀關于風能的研究與運用可謂是歷史悠久，最早可追溯到公元前。其中四大文明古國便是參與了世界上最早關于風能研究的國家。14世紀風車在歐洲興起成為公元前2世紀，古波斯人利用垂直風車碾米，10世紀時伊斯蘭人利用風車提水4。13世紀時期風車流傳進入歐洲，到14世紀時已經成為不可或缺的原動機5。在荷蘭風車的應用廣泛，直至蒸汽機的出現才使風車數量急劇下降。3《直驅式風力發(fā)電機組最大功率跟蹤》思勤-《中國優(yōu)秀碩士學位論文全文數據庫》-20134《高功率風力機葉型數值模擬及實驗研究》賴巍-《中國優(yōu)秀碩士學位論文全文數據庫》-20115《基于摩擦風力機葉輪轉速控制系統的研究》朱國權《中國優(yōu)秀碩士學位論文全文數據庫》-2013

關于風能的技術研究起源遠遠早于其他環(huán)保能源的研究，但不得不承認其發(fā)展進度十分之慢，且風能研究滯后歷史進程這一問題被歷代人所忽視。，1973年，全球性的石油危機爆發(fā)，面對舊能源導致的世界范圍內的污染問題和資源供不需求的挑戰(zhàn)，風能再次進入大眾視野，重新登上能源的歷史舞臺，有效的應對當時所面臨的困難。美國在1974年開始實圖（2）風力發(fā)電行聯邦風能計劃，并于80年代開發(fā)了100、200、2000、2500、6200、7200kW這六種類型的風力機組。當前，美國已經擁有了全球范圍內最大的風力機裝機容量數量最多的國家，數據表明其擁有量已經超過2X104MW,并且仍在以百分之十的增速穩(wěn)定上升。自上世紀八十年代初，風力發(fā)電技術逐步成熟，在多國科研人員的共同努力下，不斷完善，并投入到資本市場中。主要的機組容量有300kW、600kW、750kW、850kW、1MW、2MW。為了迎合市場需求，在政策、科研與資本的推動下，新世紀初始，全球風力機總量成功突破兩萬MW。可見風能已經成為今后能源開發(fā)與使用的風向標，也勢必成為今后市場必不可缺的新能源。我國也十分重視風力發(fā)電技術，截止2003年末，已在全國14個省市建立了40余個風電場，同時總裝機容量高達56.8千瓦。研究表明，我國的發(fā)電裝機總量于2003年三千多億千瓦將會發(fā)展至2020年達到總量超過九千多億千瓦。從我國能源規(guī)劃藍圖中可得，我國的風能資源十分充裕，并且在我國資本市場中有著非常光明、穩(wěn)定的發(fā)展趨勢。1.3風力發(fā)電機的原理發(fā)動機的核心部分、零件以及電動零部件組成了我們所熟知的風電發(fā)動機。風電發(fā)動機最主要的能量轉化就是：風能一機械能一電能，其中發(fā)動機核心部分以及零件完成了第一步的轉換，電力裝置完成了下一步的能量轉化，其實這個過程很簡單，但是風力發(fā)電機的前期準備卻是很復雜的，需要大量的工程方面的測試與研究，這其中包含了很多科學家的心血。風電發(fā)動機最主要的能量轉化就是：風能一機械能一電能。這個過程便是風電發(fā)動機最奇妙的地方，也是最核心的工作方式與原理。1.4風電齒輪箱的工作原理風電齒輪箱是風力發(fā)電的核心裝置，其要求嚴格，必須安全合格且經久耐用，一般來說需要達到15年以上的使用壽命。在風的作用下，葉輪開始轉動，行星架也隨之工作起來，行星輪與太陽輪的齒輪開始轉動，并完成相互之間的配合。通過傳動比把太陽輪的速度放大，完成加速的環(huán)節(jié)來提高能量轉化中的機械能的提高，來提升發(fā)電的效率，以此保證利用率。然后通過復雜的系統將速度進一步放大，以此來完成發(fā)動機運轉，完成能量的傳遞。風力發(fā)電機齒輪箱結構簡圖如圖（3）圖（3）風力發(fā)電機齒輪箱結構簡圖1.5風電齒輪箱的優(yōu)化方法般情況下，齒輪箱的優(yōu)化方法分為兩種。其一為解析法，其二則是將優(yōu)化方法與有限元分析和計算機輔助設計的組合。第一種方法是通過人為對模型進行分析并建模列出符合要求的參數方程，且通過一系列約束條件對數據進行分析，最終得出較優(yōu)的優(yōu)化結果。常用的方法有基因遺傳算法、懲罰函數法等。第二種優(yōu)化方法則是將優(yōu)化方法與有限元分析和計算機輔助設計相結合。即通過某種特定的計算機軟件對某實體零件進行分析與計算，這種方法相比較第一種可以省去大量的時間與精力，并且通過計算機進行計算后得到的結果更加精確。目前，這種優(yōu)化方法已經得到了廣泛的接受與認可，并普遍應用于各類優(yōu)化計算中。1.6行星齒輪傳動的特點絕大多數情況下，人們所說的齒輪指的是轉動軸線固定的齒輪，這些齒輪的轉動軸相對于機殼固定，因此被稱作“定軸齒輪”。而行星齒輪，其轉動軸線是不固定的。行星齒輪除了可以圍繞自己的轉動軸轉動（自轉）外，其轉動軸還隨著行星架繞其他齒輪的軸線轉動（公轉）。這類齒輪的轉動就像太陽系中各行星轉動一樣，因此被稱作行星齒輪。行雖肯輪梆暗示■圍圖（4）行星齒輪構造示意圖行催傳抱傳姑圖（5）行星齒輪傳動行星齒輪的特點類型行星齒輪與其它一般齒輪相比，其主要特別很明顯。行星齒輪體積小，質量也更小，結構更加緊湊；承載能力大，工作更加平穩(wěn)；傳動效率高，傳動比更大。因此行星齒輪已被靈活運用于各類行業(yè)中去，行星齒輪傳動技術也成為各國的機械研究重點。行星齒輪也存在一些弊端，比方說它的結構復雜，在加工生產中需要投入更多的人力物力，在安裝過程中也相較普通齒輪來的復雜。因此，在設計行星齒輪傳動裝置時，應充分做到揚長避短，盡可能多的利用其優(yōu)勢，并努力規(guī)避其劣勢。1.7論文研究的主要內容本文題為風力齒輪箱的優(yōu)化設計，旨在保證風力齒輪箱正常運轉工作的情況下，對其傳動齒輪箱進行傳動比優(yōu)化分配和參數優(yōu)化設計。風力齒輪箱要求體積小、重量輕。本次優(yōu)化設計選擇通過行星傳動來達到其在體積小重量輕的前提下仍舊可以提供高傳動比的目標，在保證其使用壽命和零件強度的情況下，要求其重量最輕，體積最小。1.8本章小結在這一章中我們探討了這篇論文的研究背景與其意義價值。通過幾個小的章節(jié)段落，首先我們了解了風能這一大概念，知曉了風能對人類的價值，以及大概了解了國內外對于風能這一新型能源的研究現狀。從1.3起我們開始對風力發(fā)電機進行研究，風力發(fā)電機是將風能最終轉化為電能的主要裝置，首先我們了解了其工作原理，其次通過幾個小章節(jié)對里面的主體內容一風力齒輪箱進行研究。大概了解其工作原理后進一步尋求對其的優(yōu)化方法。第2章傳動方案選型2.1已知條件本文選擇南京高精齒輪股份有限公司所生產的型號FD2750兆瓦級風力發(fā)電齒輪箱為研究對象。FD2750采用一級行星+兩級平行軸的傳動方式，額定功率2750kW，增速比100，輸入轉速15r/min，重量24000kg，要求使用壽命20年。圖（6）FD27502.2產品特點與傳動示意圖采用多級行星結構，結構緊湊、承載能力強；齒輪齒軸采用優(yōu)質低碳合金鋼，滲碳淬火后磨齒，精度5級（ISO1328）；內齒圈采用優(yōu)質中碳合金鋼，調質，齒面感應淬火后磨齒，精度6級（ISO1328）。采用齒輪修形技術，降低載荷不均性，減小振動和噪音；合理配制軸承，既保證軸承壽命又能達到齒輪均載的目的。扭力臂、行星架、箱體等主要零部件采用有限元分析，在確保箱體的強度和剛度下優(yōu)化結構。箱體采用高韌性球鐵材料，具有良好的低溫沖擊韌性和高強度，能在低溫下正常工作。根據機艙空間布置及用戶要求，合理選用行星級和平行級，在滿

足傳動要求情況，盡量減小齒輪箱軸向距離，減輕齒輪箱整體重量。采用獨特的潤滑與密封方式，保證可靠潤滑并杜絕漏油。FD2750的傳動示意圖如圖（7）所示IlflS-Rfj^SS-Gd-oul-SI哥勺導則I口口IF^njir-ciELS-Paft~GSllHH-CiH-QurL-|lsisqsinus-Piari-RSLSIS-=^S圖（7）FD2750傳動示意圖2.3將已知條件進行推算已矢口i=一=——，n.=15，貝。n0=1500r/min,輸入轉矩T尸——=1=1751kNm，最小中心輪a的齒數Za=Knp，其中k可取4，5，6，7，np為行星輪的個數，np=3,國家規(guī)定標準齒輪不發(fā)生根切的最少齒數m=17,即ZaN17，這里選用Za=7=21，Zf=30。IlflS-Rfj^SS-Gd-oul-SI哥勺導則I口口IF^njir-ciELS-Paft~GSllHH-CiH-QurL-|lsisqsinus-Piari-RSLSIS-=^S圖（7）FD2750傳動示意圖2.4本章小結第二章的主要內容一目了然，首先我們選取了南高齒生產的型號為FD2750的風力發(fā)電齒輪箱作為研究目標。通過官網等渠道我了解到其重量、輸入轉速、增速比、使用壽命等相關數據，并把這些數據作為本次優(yōu)化設計的已知條件。我還從官網上了解到FD2750這一型號的設備所擁有的競爭優(yōu)勢以及產品特點，并找到了其相關的傳動示意圖。并且通過已知的條件進行簡單的運算，計算出它的輸入扭矩、輸出轉速等數據，并且確定了其行星輪的個數。為后面章節(jié)中對該設備進行優(yōu)化設計打下了基礎。第3章傳動比的優(yōu)化設計3.1建立目標函數本文設計要求在保證齒輪箱使用壽命和產品強度的前提下，使風力發(fā)電機增速傳動齒輪箱重量體積最小。齒輪箱的總體積大小與齒輪的齒數、模數、齒寬、行星輪個數有關，因此我們有下列表達式：V-（）（）——式中，d，d，d，d，d，d，表示a,b,c,d,e,f齒輪的分度圓直徑；abcdefbac，bbd，be，bf，表示齒輪ac,bd,e,f的齒寬。3.2建立約束條件約束條件分為兩種，其一是邊界約束，即對變量的變化范圍進行研究，如齒輪箱的最小齒數，齒輪齒寬等；其二則是性能約束，即考慮目標的設計性能與指標，對這兩點進行計算推導得出的一種約束條件，如齒輪的接觸強度與彎曲強度等。3.2.1齒輪不根切的條件國家標準中齒輪不發(fā)生根切的情況下，齒輪的最少齒數為17個，可以得出：zb，Zc，Zd，3.2.2傳動比約束條件本文選擇的齒輪箱模型，其傳動比范圍是=7-16，且該設計的傳動比已知i=100。由傳動比公式可知=1=1+—，可以得出：7一令A=—，B=—，1.2—，2.4—斜齒輪的傳動比為一則可以得到i==(1+)一=1003.2.3同心條件同心條件即要求系桿轉軸軸線與太陽輪重合，可得出約束條件為z+z=z-zacbd3.2.4裝配條件在行星輪系中，應該幾個行星輪能對稱裝入并保證與中心輪正確嚙合應具備的齒數關系。在本文中，我們研究的對象有三個行星輪，則必須滿足以下條件才可以正常安裝：取整數在本次設計中，，，則b只要為3的整數倍即可達到安裝條件，zb=3C(C取整數)。3.2.5鄰接條件為了使行星輪之間不相互干涉，要保證在行星輪的齒頂在連心線上保留一定的間隙，換言之，相鄰行星輪的齒頂圓半徑和要小于其中心距。即a+zjsin一，式中za=21，np=3，=1，可得出不等式：zc3.2.6模數約束根據風力發(fā)電機齒輪傳動特性，我們取約束函數：6，式中m為行星輪a,b,c,d的模數；mn為e,f的模數3.2.7齒輪接觸強度條件在行星輪組中，太陽輪與行星輪的材料為20CrMnTi，表面采用滲碳淬火的處理方法，其齒面強度為58-62HRC。齒輪齒面接觸疲勞極限=1400Mpa齒輪齒面彎曲疲勞極限340Mpa行星齒輪的齒面接觸強度為：ZE二一ZntZlZvZrZwZx計算其名義轉矩T1與名義圓周力T=—=——=KNm1中—==kN計算接觸應力=16473493.0=16473493.0=17297167.6

計算許用接觸應力b=—HlimZZZZZZHpSNTLvRWX=1400x0.91x0.92x1.24x0.831.3=927.9MPa則為滿足強度要求，必須滿足17297167.6927.93.2.8齒輪彎曲強度條件行星齒輪的彎曲強度公式為:齒根應力A齒根應力AVFpFaFp齒根應力的基本值：=—YFaYsa許用齒根應力:計算齒根應力基本值二MPa齒根應力=齒根應力應不大于許用彎曲應力，計算出彎曲應力大小為267.54MPa，則可以得出約束條件：267.543.3建立齒輪箱數學模型由3.1章節(jié)已知，齒輪箱的體積可由公式V=——）-（）——進行計算，且已知=21,Zf=30,代入可得公式：

V=3435.3+10.6+0.118+0.118+25.26V=3435.3+10.6+0.118+0.118+25.26+23000.6+4002.5從公式中不難發(fā)現，影響V的變量有m、mn、z、z、z、bcd計變量：x==可將目標函數變換為：。minf(x)=3435.3+10.6+0.118x1+0.11823000.6+4002.5。由之前的計算可知，有約束條件：+25.56Z，Z，Z，、1.2—，2.4-bcdze。設(1+—)—=100、z+z=z-z、z=3C(C取整數)、zacbdbc927.9、6,、17297167.6267.54927.9、化簡后可得條件h1(x)二—+-100=0h2(x)=xi-x3-x2-21=0Xi=3C(C為整數)gi(x)=21.6-x20g2(x)=x2-75.6g3(x)=2.4x3-x1g4(x)=x「4.8x30g6(x)=17-x20g7(x)=17-x30g8(x)=17-x4g9(x)=6-x5gi0(x)=x5-20gii(x)=6-x6gi2(x)=x6-20g(x)=390139.9x(x+18)-x(18x+xx)TOC\o"1-5"\h\z13322321g14(x)=40100.1-1g]5(x)=160.55x4+30)-0g(x)=468116.7x-(x-x)(x-21)163131g17(x)=-1g18(x)=74946.06-259.660g19(x)=72365.89-265.23g20(x)=108x3-x2x1g21(x)=x2x1-270x3傳動齒輪箱的數學模型為求設計變量X,X=,minf(X)s.t.gx(X)(i=1,2,???，21)3.4本章小結在這一章中我們開始對所選模型進行優(yōu)化與設計，本章存在大量的計算。首先根據齒輪箱里齒輪齒寬、齒數、模數、行星輪個數等條件我們確立了其體積的計算公式。接著通過八個條件，我們確立了與之相關的八組約束條件，只有都滿足這些約束條件本次的優(yōu)化設計才會有意義。在確立約束條件后我們將已知條件代入先前得到的齒輪箱體積計算公式中，并結合一系列的約束條件，得出齒輪箱的數學模型。第4章使用MATLAB處理數據求最優(yōu)值4.1MATLAB軟件介紹MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數學軟件，是matrix&laboratory的組合，其包括了MATLAB與Simulink兩部分，被廣泛運用于算法開發(fā)、數據分析與計算、數據可視化等領域。MATLAB的基本數據單位是矩陣，包含了控制語句、函數、數據結構、輸入輸出和面向對象編程特點。MATLAB可用于數值分析、數值和符號計算、工程與科學繪圖、控制系統的設計和仿真、數字圖像處理技術、數字信號處理技術、通訊系統設計與仿真、財務與金融工程、管理與調度優(yōu)化計算等領域。其運算方便，為用戶們提供了大量的處理工具。4.2建立目標函數M文件建立目標函數M文件并保存，文件名為zrh1.m，其內容為：functionf=zrh1(x)f=3435.3*x(5)A3+10.6*x(5)A3*x(2)A2+0.118*x(5)A3*x(3)A2*x(1)+0.118*x(5)A3*x(1)A3+25.56*x(4)A2*x(6)A3+23000.6*x(6)A3+4002.5*x(6)A24.3建立約束函數的M文件建立文件名為zrh2.m的約束函數M文件，內容為：function[c,ceq]=zrh2(x)g(1)=21.6-x(2);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)=390139.3*x(3)*(x(2)+18)-x(5)A3*x(2)*(18*x(3)+x(2)*x(1));g(14)=40100.1*(x(2)*(x(1)+x(3))/(x(5)A3*x(1)A3*(18*x(3)+x(2)*x(1))))A0.5-1;g(15)=160.55*(x(4)+30)-x(5)A3*x(4);g(16)=468116.7*x(3)-x(5)A3*(x(1)-x(3))*(x(1)-18);g(17)=3210922.3*x(2)/(x(5)A3*x(1)*(18*x(3)+x(1)*x(2)))-1;g(18)=74946.06-259.66*x(6)A3;g(19)=72365.89-265.23*x(6)A3;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);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=104.7362.5024.24168.7514.007.00fval=7.7274e+008通過約束條件x1=3C(C整數)，取x=105,x2取62,x3取25,x4=175。X=[1056225175147]f=7.9389e+0084.5驗算將求得的數值代入之前得出的不等式進行運算，其運算結果如下:g1(x)=-40.4;g2(x)=-13.6g3(x)=-45g4(x)=-15g5(x)=-88g6(x)=-45g7(x)=-8g8(x)=158g9(x)=-8g10(x)=-6g11(x)=-1g12(x)=-13g14(x)=-0.23g15(x)=-4.47*0；g16(x)=-7.4*;g17(x)=-7.25*g18(x)=-1.41*g19(x)=-18608g20(x)=-3810g21(x)=-240經驗算后發(fā)現得出的結果都滿足之前的約束條件4.6優(yōu)化結果與原設計的對比優(yōu)化項目優(yōu)化前優(yōu)化后Zb102105Zc5662Zd2825Ze219175行星齒輪模數m1414齒輪箱體積8.677.94通過本次優(yōu)化，我們將齒輪箱的體積從8.67降到了7.94，體積縮小了8.42%，齒輪箱的質量也相應減少。且從優(yōu)化結果來看，各約束條件也得到滿足。4.7本章小結本章是此次優(yōu)化設計的核心章節(jié)，在這一章中我們將前幾章的所學所識都結合在一起，將上一章得出的數學模型通過MATLAB軟件表達出來，并將先前得出的21個約束條件轉化為相應的代碼。通過MATLAB進行求解得出本次優(yōu)化設計的最優(yōu)值。在得出數值后我們還需要將數值代入到先前的約束條件中去，看是否一一滿足這些約束條件。第5章總結與思考本次優(yōu)化設計選取兆瓦級風力發(fā)電機為研究對象，對其齒輪箱增速箱進行研究。在保證工作強度、使用壽命的前提下，實現了對其體積、質量進行了縮減優(yōu)化。本次優(yōu)化設計做了以下相關內容：（1）根據已知的傳動比與輸入轉速求出其輸出轉速，并通過已知的功率求出其轉矩。根據風力發(fā)電機的工作要求制定了其一級行星+兩級平行軸的工作方式。（2）建立了傳動比優(yōu)化的目標函數，通過齒輪不根切條件、傳動比約束條件、裝配條件、模數約束條件、鄰接條件、同心條件、齒輪接觸強度條件、齒輪彎曲疲勞強度條件等約束條件，建立了風力機齒輪箱優(yōu)化的數學模型。（3）通過數學模型建立MATLAB目標函數以及約束函數的文件，利用MATLAB軟件進行運算并求值。在求出數值后通過約束條件進一步優(yōu)化數值，得到本次優(yōu)化設計的最優(yōu)值。（4）將運算得出的數值代入各約束條件中，觀察是否符合各約束條件。（5）通過本次優(yōu)化設計將齒輪箱的體積縮減了8.42%，其質量也相應減少。通過驗算發(fā)現各部件的數值均能滿足其約束條件，并且得到了其工作強度和使用壽命的要求。以上就是本次優(yōu)化設計所做的主要工作，由于學生所掌握的知識有限，加上時間與精力的約束，本次優(yōu)化設計仍存在諸多不足，有待日后進一步的思考與研究。第6章致謝首先，關于此次畢業(yè)設計要特別感謝我的導師一一楊某存老師。從設計的選題到最后的論文的定稿，都離不開他的耐心的教導、悉心的指導和中肯的建議。選題初期，面對眾多課題茫然過;確定課題之后，面對復雜的模型設計、數據分析退怯過，面對種種挑戰(zhàn)，楊老師不僅給了我許多建設性的意見與幫助，還鼓勵我克服設計中的困難，給予了我莫大的勇氣和信心繼續(xù)完成這個畢業(yè)設計。同時，楊老師對待學術嚴謹、認真，刻苦鉆研的精神深深的打動了我，也在我畢業(yè)之際教給了我人生重要一課，面對困難要對癥下藥，不能讓畏難情緒打敗自己。同時面對專業(yè)應當保持科學認真、端正嚴肅、一絲不茍的精神，無論是對我今后的學習還是工作，生活還是感情都至關重要。此次畢業(yè)設計的全過程，讓我一生受益匪淺。其次，我要感謝這四年來，所有任課老師。他們兢兢業(yè)業(yè)，風雨無阻培育我，傳授給我專業(yè)知識，打開了新世界的大門。從入學之初對機械感到乏味，到畢業(yè)之際將機械事業(yè)確立我終生為之奮斗的方向，一切都離不開大學老師對我的栽培。也正是有了這四年的學習與研究，給我打下了扎實的專業(yè)基礎，才使我能夠順利的完成畢業(yè)設計，為大學生活畫下一個圓滿的句號。第三，我要感謝我的舍友、同學和大學曾經出現在我生活里，給我給予幫助的同輩們。他們參與了我的大學生活，與我同甘共苦，陪伴我度過了種種艱難的時刻。大到我的學習，小到我的生活起居，都給予了我無微不至的關懷。在畢業(yè)設計期間，很多次為此感到煩躁、茫然，甚至多次熬夜研究設計，他們都給我積極有效的鼓勵、陪伴，甚至與我探討研究該課題，共同