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发表于 2008-7-7 08:29:56
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第三款软件：MASTA【英国SMT技术公司】
第三款软件：MASTA【英国SMT技术公司】
4 I7 t' \& H/ P) Q% a* G一．MASTA软件综述: U& ^) L6 `$ D4 F J8 M4 p
1. 概述1 S y, i: Z- ?3 [3 _! p. t# M
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、制造一体化大型专用软件系统。MASTA软件应用涵盖了舰船 (包括工业齿轮箱、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。
8 W* O& A% V. s8 e" ~MASTA包含两部分：设计分析部分和齿轮制造部分，针对车辆，还有整车匹配部分。设计分析部分包含三个方面的功能：建模或设计功能，分析功能，优化功能。这三方面的功能都覆盖三个层面：零件，部件或称子系统，总成或称系统。
( R* E4 h) h( G. J2. MASTA的使命
" a' p% K; w2 Q1 ~+ A; ZMASTA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。它是通过如下三大方面的核心功能来实现这一使命的：
2 P# |& ^! M, d7 \其一：优化系统协调性达到功率密度最大化
3 y' ]4 [2 b$ v/ Z( C F功率密度即在满足传动系统要求寿命的前提下，传动系统的承载能力同其体积（或总体尺寸）之比值。在不提高成本的前提下，传动系统功率密度最大化是所有从事传动系统设计开发制造者追求的核心目标。- W6 j- g' `) b5 u
系统协调性是指齿轮/轴/轴承/壳体等各零件组成一个变速箱或驱动桥，各零件之间因相互位置关系不同以及零件之间尺寸/材料配置不同而引起的系统动静态特性好坏。具体包括系统的总体刚性、系统的整体寿命和系统的动态特性。
* r) P7 Q8 o( t6 N优化系统协调性就是在给定空间条件下，优化各零件之间相互位置布局关系，使总体刚性达到最大，优化各零件之间寿命匹配使寿命分散性尽量小，优化动态特性使系统对同等振动/噪音激励（如齿轮传动不平稳性）的响应降到最低。: H4 ~+ v8 }2 u; g: L0 t! K" I
其二：优化零件设计
- k! A8 d8 }: ^MASTA自身以及通过和各种标准有限元（FEA）软件包进行无缝接口，提供了详细设计和优化各类齿轮、轴、 轴承、壳体以及任意异型件所需要的全部技术和手段。使用极为简单方便。尤其值得一提的是，在优化所有零件时，MASTA既可对它们独立于系统进行设计和优化，也可将它们作为系统中的一个成员来进行。
$ E# y$ D& D& z/ j- r: } O其三：优化制造成本8 L+ f& j) S& b, k# f; a
MASTA从两个方面大幅度地优化制造成本，同时确保传动系统性能：9 i) k, X) d+ D4 z) ~
(1)． 协助确定主要零件的合理制造工艺配置：所谓合理制造工艺配置，是指针对一个给定的变速箱（驱动桥），在给定批量和成本下使各主要零件之间寿命分散性尽可能缩小的工艺配置。要了解一种制造工艺配置是否合理，就需要有准确的有关该变速箱中各主要零件设计寿命作为客观依据。这正是MASTA软件部分功能。, F( U1 D9 U: S- {8 g
(2)． 大幅度降低齿轮制造成本：MASTA提供了一整套完整精确的适合于圆柱齿轮滚/插/剃/磨工艺以及螺旋锥齿轮和准双曲线齿轮各类加工方式和机床的齿轮、刀具、工艺优化手段，达到彻底消除齿轮设计—制造，以及制造工序之间的潜在的不匹配性带来的高成本制造。: F/ _7 v* r9 }* J
3. MASTA的功能：( r4 z4 y* C! U" T; t' m( k
其一：强大的建模功能0 z+ I: e9 b- \& X
(1)． 建模零件类别: 各种齿轮包括圆柱齿轮，行星轮、直齿锥齿轮，螺旋锥齿轮，准双曲线齿轮、标准和非标准轴承、离合器／同步器都可以参数建模，壳体和行星架、差壳、薄壁轮辐等复杂异型件都可经过FE无缝接口引入;' [+ P6 I8 V* p7 J
(2)． 各种复杂布局:
$ H" C" n' Y8 `' ]! Y7 W1) 轴交角：平行轴；垂直轴； ～360 任意角度相交轴
/ V; \+ \0 S, [; Z" w2) 齿轮传动链3 o/ `2 @* D! d8 f: m* x
 锥齿轮传动链（多个相同或不相同的小轮与同一个大轮啮合）. O- F2 Z* y$ a+ a4 e+ V
 圆柱齿轮传动链（3个或3个以上圆柱齿轮啮合）
% {! t: r, |( |2 U& e! @3) 行星轮系：常规行星轮系；复杂惰轮式行星轮系
' X8 w1 D& z3 l(3)． 各种复杂系统受载情况：
9 T2 i8 Z2 H i. x. l% F• 单一载荷0 L! v' D, m) B0 P# F$ B6 o, |( q
• 载荷谱
/ H, u1 s! o% |1 y• 各种百分比下系统变形与零件寿命/ z) h; H* ^. t$ H
(4)． 各种视图: 除二维／三维零件图以及全部三维装配图外，还提供符合工程师需要的二维装配图；
( h) t3 X) v8 H- B(5)． 建模界面极为友好: MASTA是基于新一带可视化软件技术，如同现代所有CAD和有限元软件一样，以极少量的培训即可开始使用，操作所需要的清单全面显示在界面上，无需靠日复一日的熟悉和记忆。
1 j; {% f1 \8 k+ ?" `+ l其二：精确系统分析与优化功能) G5 U* A6 H2 e' ^, D c3 \( y/ |
(1)． 系统总体刚度分析和优化：传动系统总体刚性是指传动系统受外载后变形的难易程度。两个相似的传动系统系统，可以因微小布局上差异导致完全不同的失效模式和寿命。一般而言，系统总体刚性越高，系统变形对各零件寿命的折损越小。优化总体刚性就是选择最佳总体布局将各零件受载变形迭加后在各齿轮和轴承处的综合变形达到最小。通过MASTA软件的系统变形分析，可以很方便地计算传动系统的总体刚度，并通过改变总体布局和优化零件设计从而优化传动系统的总体刚度。 v2 G. P: Q* F. r0 N. a
(2)． 系统主要零件寿命计算并等寿命化：一般而论，一个传动系统的寿命是按主要零件：齿轮/轴/轴承/壳体中最短寿命的零件确定的。因此，平衡传动系统中这些主要零件的寿命使传动系统的寿命达到最长是传动系统设计/开发的核心任务之一。利用MASTA软件可以迅速地计算和提供这些主要零件在各种工况和材料下的寿命。为平衡各主要零件寿命、优化传动系统寿命提供了有效完整的手段。
$ O( L- q4 D7 m) Y(3)． 系统动力学分析和优化：NVH是传动系统的关键问题之一，MASTA通过系统变形分析得到齿轮的错位，再经过齿面接触分析，得到传递误差，即得到传动系统振动和噪音的来源。再通过系统动力学分析，基于内置的有限元动力学模型，考虑轴、齿轮、轴承和壳体的动态特性，得到系统对激励的响应，从而可评估系统的动态特性，并对系统进行优化，降低系统对传递误差的敏感性，从而改善振动和噪音性能。, ^! _- m" j" V1 e% n! \+ R+ g
其三：各种零件精确分析和优化功能% ~/ ?! Q1 U7 Y% X9 R* i; y# y. k3 l/ z
(1)． 齿轮：
6 s- |! T) o3 D9 S; [( D: G8 N1) 圆柱齿轮：( V( g" _9 m% }0 u X, E
• 强度计算可基于实际加工中所用滚刀或插齿刀形状，不是假想配对齿条的形状，故危险截面位置精确，危险截面处危险应力更接近实际情况。# Q- ?% h4 ^3 N6 z$ R* {5 ~
• 采用ISO6336中精确方法计算齿轮弯曲和接触强度，并可采用AGMA标准校核弯曲和基础强度，计算齿轮胶合强度，同时考虑由于系统变形导致的齿轮错位对齿轮强度和寿命的影响。9 Z4 u3 O" ^3 T) D; ^8 \( L
• 根据不同载荷、刀具和特定应用条件对圆柱齿轮副和齿轮链进行宏观几何参数优化2 r2 ~6 |9 {. t
• 通过齿面接触分析和微观修形，提高圆柱齿轮承载能力和减小齿轮噪音: f" l/ D; a) j" r
• 对不适用于标准（如ISO和AGMA）规定的假设条件的高重合度齿轮和大螺旋角、大齿宽的齿轮，基于齿轮三维有限元接触分析，精确计算齿根应力和齿轮传递误差，并进行精确修形。
/ _# q3 H+ g6 _- b+ S2) 行星轮：
% K" `+ v; s! [% c0 y• 可以对简单行星轮系和复杂行星轮系进行建模和分析，分析时考虑行星轮的啮合相位、均载情况、侧隙和系统变形导致的齿轮错位0 o6 p1 v( U0 V6 h' x8 O
• 可以对行星轮系进行二维和三维修形设计和分析，精确计算行星轮系的传递误差
# j/ y+ p# D& _+ a4 b3 o4 c) `3) 锥齿轮（螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮）：
! U' t1 E/ w7 P& s5 N• 通过锥齿轮设计和强度校核功能和宏观参数优化功能以及齿面优化功能将强度计算和精确的刀具设计，机床调整以及齿面形状和齿根形状优化紧密联系在一起，以确保实际制造所获得的齿轮强度比预期的要更好。同时也可精确计算齿轮胶合强度。
% J1 F: ~9 n1 X' [5 ?5 h(2)． 轴：2 ] N4 M2 a* Y9 M+ k+ C* ^
• 同Nastran或Ansys实现无缝接口，实现对任意形状轴的应力和变形精确计算9 b6 I+ p7 V" k j( V. a
• 疲劳寿命计算基于认可的经验和理论，并针对大量试验数据予以验证, y% ~' a3 \$ ^! h; r) j
(3)． 轴承：! s9 \" g, F/ ~- s% H
• 轴承使用考虑边缘应力集中的六自由度非线性精确模型，采用ISO/DIN281补充4标准校核寿命，校核时考虑考虑错位、内部间隙、预紧力、轴承材料的耐久极限和润滑质量的影响。- {' K: v. Q @5 }
• 可详细查看轴承内部细节的计算结果，如滚子载荷，滚子变形和错位，滚子的应力，接触半径，转速和EHD油膜厚度等。
0 k" y8 Q. p1 o2 B7 ^5 C2 [2 H(4)． 壳体6 \: K/ \$ {5 r( r! ^
• 同Nastran或Ansys实现无缝接口，精确考虑壳体变形对内部系统的影响，同时实现对任意形状壳体的应力和变形精确计算。
0 Q9 K! K- H- C: f, v(5)． 同步器
" H9 C$ N6 m, J, S3 B! V• 通过对变速器换档性能的分析，得到合适的同步器总体尺寸，确保换档力合适，换档性能良好。7 d! ~# e- J4 L c0 d# C
其四：强大的齿轮制造模拟和分析功能
( R2 ?5 r. S5 f$ a1 kMASTA提供了一整套完整精确的适合于圆柱齿轮滚/插/剃/磨工艺以及螺旋锥齿轮和准双曲线齿轮各类加工方式和机床的齿轮、刀具、工艺优化手段。例如，齿轮设计中现有刀具的再利用，新刀具优化设计，机床调整优化，齿轮—刀具—工艺之间匹配性优化，粗/精加工以及热处理变形等之间匹配性优化等，达到彻底消除齿轮设计—制造，以及制造工序之间的潜在的不匹配性带来的高成本制造。
7 e, S0 o; O \2 N F4. MASTA的特点2 f# _1 y6 ? f( Y! o$ M: t4 H+ f5 `
其一：简单易学
5 L: T6 u& E4 dMASTA具有友好的用户界面、灵活方便的操作方式；其设计功能和分析方法都是从科学可靠实用的角度出发，功能强、操作步骤简练、易于掌握，为工程师充分发挥其创造性设计提供了保证。
) j5 G; R6 U7 O. E1 d其二：智能化设计
* q% f: b2 k4 r% X, i0 WMASTA具有智能化设计的特点，只要输入条件精确，就能自动进行系统总体变形条件下的强度校核计算，并能对齿轮进行优化设计。
( B V; F) W+ W3 _4 Q. V! o, Z0 B其三：参数化设计% Z) W8 i1 ]3 O
MASTA采用参数化设计，一方面在设计过程中可对齿轮参数、零件几何数据及材料等的使用进行修改，在对载荷谱运行后其相关的计算自动更新；另一方面，可在原有的近似设计基础上，通过参数的修改，进行新总成的设计，可减少很多的重复建模。
& c, I& N: t! p/ i5. MASTA软件可以给用户带来的价值
* e' s& V( n# P' O$ Q0 P- N一个产品的开发过程一般分为三个阶段：设计―试验―评估决策（发现问题，分析原因，提出解决办法）。在没有精确的模拟软件之前，设计的好坏完全靠试验来判断，由于从零件到子系统、到完整的系统的递进过程中，没有分析计算评价手段来判断零件的性能差异，导致试验结果不好的时候，无法确定具体的原因，因此不断地修改相关的零件，反反复复地进行设计－试验－修改－试验－修改的循环，导致巨大的时间成本、制造成本、试验成本。8 y) e# e$ e A' V! F
MASTA用技术取代经验，将人犯错误的机会限制在最小程度；用高速软件计算代替手工核算，将人从繁琐的重复计算中解放出来，使人的精力转移到方案优化上，从而最大限度的利用其创造力% l, Y- v% X0 H2 h- l
MASTA能创造三方面的价值：$ p. K' D H3 k. g' N4 e3 ]2 E
其一：时间价值" c5 A1 o0 o4 g& |0 p; f
MASTA可以在一定程度上代替试验发现问题，同时可以提供大量的分析计算结果，帮助设计者很快发现出现问题的原因。也就是说，使用MASTA可以大大节约产品开发过程中试验和评估决策的时间。而这两部分时间往往占去总开发时间的80％。MASTA能够帮助大幅度节约开发时间，在当今产品开发周期越来越短的情况下，无疑是帮助比对手更快地占领市场有力手段。
# C J8 F9 e1 s! X" ]2 z其二：成本价值7 {: x7 H9 I3 b( P/ n. A
MASTA帮助缩短了设计开发周期，大大减少了样机的数量和试验的次数，亦节省了相关的人工。
7 Q$ b1 u5 R8 o U每台样机的价格一般是批量生产产品价格的几十倍。开发试验不仅周期长，而且价格非常昂贵，据统计，试验费用所占比例是整个设计开发总费用的八成以上。所以MASTA可以帮助大大减少试验相关的直接成本，提供很高的成本价值。
. {. U) O: k, [3 h! B0 S其三：技术价值
" X, x, d" Y' ~; D8 WMASTA在系统中优化设计传动系统，直接面向产品的实际工作状况进行设计，而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中还可以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。
7 ^2 o2 G" }6 O; v7 n! w& H. |MASTA将传动系统的性能指标（如：强度、寿命）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也可以设计出较好的产品。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。
' {6 y8 h* i1 @) A借助MASTA，可以用很短的时间对一个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。7 R1 U' |9 ]# z
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，因为它本身可以将不断更新的新技术溶入其中。3 a8 b) ^! e$ c) s' l6 h/ r5 A
& W) k9 P% Z2 r1 f& v5 u[ 本帖最后由 mrmrw 于 2008-7-7 08:51 编辑 ] |
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发表于 2008-7-7 08:05:28
