齿轮箱作为机械设备传动系统中一种必不可少的连接和传递动力的通用部件,其设计水平和制造技术在一定程度上反应了国家的综合国力和市场竞争力,而随着科学技术的快速发展,对其在传递功率大、体积小、重量轻、振动小、噪声低等方面提出了更高的要求。由于齿轮箱工作环境恶劣,工作时受到来自外部的激励而产生振动;齿轮在啮合过程中会产生冲击,冲击通过轴和轴承传递到齿轮箱体上而引起箱体振动。箱体振动极易导致齿轮的不对中,引起箱体的疲劳损伤破坏,降低齿轮箱的使用寿命。由此可见开展对齿轮箱动态特性的研究已显得至关重要。目前,利用模态分析技术来预估机械结构的动态特性已成为有效途径之一,将有限元模态分析与试验模态分析相结合,利用试验模态分析结果验证和修正有限元模型已成为一种趋势,同时利用现代优化技术对齿轮箱在重量、变形、应力等方面的优化分析也正在日益普遍。本课题主要开展对齿轮箱的模态分析,以此来预估齿轮箱的动态特性,在齿轮箱有限元模型正确的基础上对其做结构优化分析。本文首先介绍了结构模态分析和结构优化的国内外研究现状,针对有限元分析理论和试验模态分析理论,以及各种试验模态参数辨识方法,在所建立齿轮箱有限元模型上做有限元模态分析,通过分析有限元模态振型对齿轮箱的影响,调整箱体局部刚度来减小箱体变形。采用单点激励多点响应的试验模态分析法对齿轮箱做试验模态分析,利用PolyMAX法辨识齿轮箱模态参数。在试验模态分析基础上,对比分析模态参数,验证有限元模型的有效性。最后针对齿轮箱的变形作结构优化分析,以静力学分析结果中的最大等效应力为约束变量,把齿轮箱最小变形量作为优化目标,合理优化箱体结构。优化结果表明,优化后箱体最大变形量减小了15%,最大等效应力降低了22.5%,提高箱体整体性能。优化后齿轮箱模态固有频率能够避开啮合频率及其倍频,不会因结构改变而发生共振。