图1  英国SMT可提供包括柔性销设计、制造及装配在内的整体解决方案

MASTA软件可用于设计各种布局形式的风电齿轮箱，并一直为传动系统的完整设计、分析和优化而努力。

风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣，风电齿轮箱作为风电机组中最重要的部件，倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。国家标准GB/Tl9703-2003和国际标准IS081400-4：2005都对风电齿轮箱设计提出了具体的设计规范和要求。尽管国际上齿轮箱设计技术已经比较成熟，但齿轮箱出现故障仍然是风机故障的最主要原因，约占风机故障总数的20％左右。

由于我国商业化大型风力发电产业起步较晚，技术上较欧美等风能技术发达国家存在很大差距。我国通过引进和吸收国外成熟技术，成功研发出了兆瓦级以下风力发电机。但作为世界上的风能大国，目前我国大型风力发电机组的开发主要是引进国外成熟的技术。对于现行主流的兆瓦级以上风力发电机组，国内的几十家生产厂商绝大多数采用的都是引进国外的成熟技术。由于传递的功率大，对兆瓦级增速齿轮传动的可靠性和寿命要求非常高。因而增速齿轮箱的设计成为风力发电机组的瓶颈，是整个风力发电机组稳定运行的关键。

MASTA软件助力优化传动系统

MASTA是当今世界上功能最强、覆盖面最宽、技术最深、实用性最强的传动系统选配、设计/开发、制造一体化的大型专用软件系统。包含传动系设计、分析、优化所需的全部功能和所有的数据库平台；世界上唯一实现了传动系统单软件包解决方案的大型系统。MASTA软件应用涵盖了舰船 (包括产业齿轮箱、风电齿轮箱等)、车辆（包括变速器、驱动桥和分动器）和航空领域。MASTA包含设计分析部分和齿轮制造部分、针对车辆及整车匹配部分。

设计分析部分包含三个方面的功能，即建模或设计功能、分析功能、优化功能。这三方面的功能覆盖三个层面：零件、部件（或称子系统）、总成（或称系统）。MASTA的使命是最大限度地优化传动系性能，降低设计、开发、制造成本和周期。它是通过三个方面的核心功能来实现使命：优化系统协调性达到功率密度最大化；优化零件设计；优化制造成本。该软件特点是简单易学、智能化设计、参数化设计，且能创造三方面的价值：时间、成本、技术。

图2  缓冲器的角度在控制齿轮啮合错位量方面起作用

MASTA在系统中优化并设计传动系统，直接面向产品的实际工作状况进行设计，且力学计算功能强大，可以在不对系统力学模型进行简化的条件下准确计算各个零部件的受力变形和寿命。因此使产品设计更加准确可靠。因而可使产品在同样的承载能力下有更小的体积，或者在同样的体积下有更好的承载能力，真正提高产品的水平。同时在MASTA中还综合考虑到加工工艺和零件精度对产品实际寿命的影响，从而节约产品批量生产成本。

MASTA将传动系统的性能指标（如强度、寿命等）同设计参数之间以一定方式联系起来，指导工程师有效地修改设计，从而消除其修改设计的盲目性和对经验的依赖性。也就是说， MASTA可以使得一个没有经验的设计者设计出较好的产品。而对于有经验的设计者更是如虎添翼，使他们设计出更好的产品。借助MASTA，可以在很短的时间内对产品的设计质量做出客观的评价，从而使得控制产品设计质量客观化。

MASTA的基础原理为根据参数建模所建立的几何模型进行力学模型的抽取和分析计算，而不是基于对于某种特定的产品的经验而进行推算，因此它不局限于传动系统的结构型式，适合于各种结构的传动系统的分析。MASTA不会随着时间的推移和材料、制造技术的发展以及使用工况的改变而落后，而是随着使用时间的增长而不断增加其效用，因为它本身将不断更新的新技术融入其中。

MASTA的突出优点

MASTA可设计各种布局形式的风电齿轮箱：各种平行轴和垂直轴机构、各种行星机构、各种浮动均载机构（如太阳轮浮动、柔性销行星轮、齿圈浮动）、液力传动机构以及上述各种机构的组合。

应用最新的柔性销发展技术来优化风机齿轮箱，在行星轮系第一阶段使用8个行星轮以便使用最小体积的齿轮及获得最大的轴承寿命（图1）。MASTA有两个柔性销模块：柔性销概念设计模块（Flexible Pin Concept Designer）和柔性销分析模块（Flexible Pin Analysis Module）。当决定柔性销的几何参数时，设计者必须考虑两个问题，即疲劳安全及柔性。设计者必须找到两者的之间的平衡。只要输入给定的位置误差，MASTA高级系统变形可以进行载荷分配计算。但是要知道哪个销位置误差将给出最坏的载荷分配以及评估制造误差分布如何影响载荷分配是困难的。

使用iSIGHT与MASTA的接口对变化的制造误差运行蒙特卡洛仿真，对径向和切向销误差使用0和标准偏差16.667μm之间的平均值（3个标准偏差给50μm），每个设计大约10000次仿真。高级柔性销分析包括销装配体的微动磨损分析、柔性销的强度和疲劳分析、缓冲器的设计及分析、载荷分配分析及销位置制造误差分析（图2）。当缓冲器在高载荷下接合时，它的角度在控制齿轮啮合错位量方面起作用，大多数设计者使用45。