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結構設計的研究對象是某型礦用齒輪箱，采用多級混合式行星傳動，由于傳動比大采用3級增速，前二級為行星傳動和輸出級采用平行軸傳動，行星傳動采用太陽輪浮動的2K-H(NGW)型，行星輪采用3個，這樣的行星傳動具有結構簡單、均載效果好的特點，礦用多級混合式行星傳動圖。參數確定根據經典機械設計理論計算得出相應的齒輪參數，建立模型根據齒輪箱的實際結構參數，在Pro/E中建立多級混合式行星齒輪的參數化模型，得到的整體模型如圖所示。
齒輪強度計算是根據齒輪可能出現的失效形式來進行的，輪齒的主要失效形式是齒面接觸疲勞點蝕和輪齒彎曲疲勞折斷，而多級混合式行星齒輪傳動系統在工作過程中內齒圈最容易發生損壞，本研究著重對內齒圈進行模態分析和靜強度分析，首先建立內齒圈的有限元分析模型。利用Pro/E參數化建立內齒圈模型，以Parasolid，x_t格式導入Patran軟件中進行網格劃分，由于內齒圈的邊緣不規整，自動生成的網格有太多的不規范，嚴重影響了解算的精度和速度，采用手動劃分網格，基本思路：內齒圈是對稱結構，創建對稱體的網格(對稱體要分兩部分分別創建網格)，再進行鏡像處理，則整個網格就劃分好了。具體操作：(1)邊緣部分的網格劃分先用Paver創建內齒圈邊緣的上表面四邊形網格，根據所建網格曲率半徑在邊緣曲線上撒下網格種子(保證部分網格關聯)，再由Sweep/Element/Extrude沿Z軸負向拉伸至主體表面成為六面體網格；(2)主體部分的網格劃分用Paver創建主體表面的四邊形網格，在網格種子的作用下，創建的網格和邊緣面平移的網格是對齊一致的，將合起來的四邊形網格拉伸至整個內齒圈的中間面，上部分的整體網格就劃分好了；(3)鏡像處理創建中間面的幾何坐標系，以該坐標系的z軸法向量作為鏡像面，Transform/Element/Mirror：得到整個內齒圈的網格，保證了模型生成規整的六面體網格；(4)優化網格用Equivalence消除接合面上的重復節點，用Verify檢驗模型自由邊。內齒圈的有限元模型如圖所示，其單元數為53570，節點數為661350多級混合式行星傳動系統在工作過程中各部件受力比較復雜，其中內齒圈不僅受到齒輪的嚙合力，還受到機體的約束反力。
內齒圈的主動力為齒輪嚙合力，施加在內齒圈的各承載輪齒上，而機體約束反力應作為約束處理。內齒圈與3個行星輪嚙合，嚙合的齒之間有力傳遞，嚙合力會使內齒圈產生預應力，內齒圈的瞬時受力情況如圖所示，為了便于觀察，受力齒輪處作了放大處理，F的方向與接觸齒面垂直，在施加載荷時將嚙合力加在分網時在齒嚙合位置處的一排節點上，保證其真實性，其中各行星輪的嚙合力嚙合力均布在嚙合線上的，將分布力按照集中力來施加，即在作用面的每個節點上施加一個集中力(其值為受力除以作用面上的節點數)，則每個節點上載荷內齒圈的約束是靠螺栓與機體聯接，采用多點約束技術模擬螺栓約束，MPC是將節點的依賴自由度定義為其他若干節點獨立自由度的函數，進行節點自由度的耦合，即將螺栓孔內表面的運動與一個控制點相耦合。基本思路：內齒圈螺栓孔有24個，對其中一個進行MPC處理，其他進行旋轉復制。具體操作：創建一個組，將操作全部放在組里，創建螺栓孔的中心，此點作為控制點，Create/MPC/Explicit將螺栓孔內表面與該控制點耦合，并給控制點施加固定約束，然后將這個組旋轉復制23次。對控制點施加約束來實現模擬機體對內齒圈的約束，如圖所示。
模態分析內齒圈的材料為45鋼，彈性模量為2.1xe5MPa，泊松比0.3，密度為7.8xe3kg/m3。低階模態對系統的振動影響較大，在計算時只考慮前10階頻率與振型，用上述參數對有限元模型進行屬性定義，通過Patran/Nastran進行模態分析，分析結果如表，模態振型圖略。通過模態檢驗系統的穩定性，就是分析固有頻率與外界激勵的頻率是否耦合發生共振，設計的風輪工作轉速在1024.78r/min，相對應的工作頻率為0.167，0.413Hz，由求解得到的模態可知，此風輪頻率在第3階和第4階頻率之間，且與前3階差距很大，內齒圈不會與外界激勵發生共振，內齒圈是穩定的，符合工作要求。
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