风电齿轮箱是风电机组的核心部件,配置于风机主轴与发电机之间,其综合性能是衡量整个风电机组性能优劣的重要标准。由于风机机舱空间狭小,齿轮箱功重比要求高,且风电齿轮箱常年受到随机变向风载及瞬时强风冲击载荷,对其动态性能提出了较为苛刻的要求。因此,开展风电齿轮箱振动特性分析和结构拓扑优化的研究,对实现齿轮箱轻量化,提升齿轮箱动态性能具有重要的理论意义和工程实用价值。本文以风电齿轮箱为研究对象,开展时变风速表征与风载激励模拟、齿轮传动内部激励及动态啮合力计算、齿轮箱振动响应预估以及箱体结构拓扑优化。论文主要的研究工作如下:（1）考虑风机叶片与机身塔架各点风速的相干性,建立20质点的塔架-叶片模型,基于谐波叠加法,求得风机各点的脉动风速和轮毂中心点处的功率谱密度;结合风剪塔影效应引起的风速扰动,计算了轮毂中心点处的综合输入风速,代入主轴扭矩分段表达式,所得时变扭矩作为风电齿轮箱的输入外部激励。（2）利用ROMAX软件求解轴承支撑刚度,结合各级齿轮副的静态传递误差和时变啮合刚度,建立包含传动系统平移-扭转的54自由度集中参数模型,推导了系统动力学微分方程,通过额定工况与时变风载工况下各级齿轮副的动态啮合力求解,得出引入外部时变风载激励后啮合力均值减小,而波动增大。（3）利用ANSYS软件构建风电齿轮箱动力学有限元模型,基于模态分析得出齿轮箱各阶固有频率与振型,采用模态叠加法求解额定工况与时变风载工况下各评测点的振动响应,仿真得出考虑随机风载时各评测点振动明显增大;进而对额定工况下风电齿轮箱进行振动响应测试,仿真结果与试验结果吻合良好。（4）基于弹性力学理论,推导了连续体拓扑优化的数学模型,借助ANSYS WORKBENCH软件建立齿轮箱箱体的优化模型,以结构柔度最小为目标对其进行拓扑优化;根据优化结果修改齿轮箱后箱体结构,对减重后的风电齿轮箱进行振动响应分析,得出优化后箱体各评测点振动均有所减小。