1 引言

　　齒輪傳動(dòng)是近代機(jī)器中最常見的一種機(jī)械傳動(dòng)，是傳遞機(jī)器動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的一種主要形式。與其它傳動(dòng)形式相比，齒輪傳動(dòng)在機(jī)械產(chǎn)品中所占的比重最大，其設(shè)計(jì)與制造水平將直接影響著機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。而要提高齒輪的性能與質(zhì)量，必須從齒輪的源頭——齒輪設(shè)計(jì)開始?！皢柷堑们迦缭S，為有源頭活水來?！弊鳛辇X輪之源的齒輪設(shè)計(jì)，其水平的高下將直接影響著齒輪制造質(zhì)量及齒輪的實(shí)際工作性能。但是，提高齒輪設(shè)計(jì)水平并非易事。它不僅要求設(shè)計(jì)者具備較高的數(shù)學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)械制造等多學(xué)科的知識(shí)背景，還要求設(shè)計(jì)者具備豐富的齒輪加工及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。面對(duì)這一難題，專業(yè)齒輪設(shè)計(jì)軟件應(yīng)運(yùn)而生。它成為降低齒輪設(shè)計(jì)難度，減少設(shè)計(jì)者的工作繁雜程度，提高齒輪設(shè)計(jì)的科學(xué)合理水平的重要工具之一。但是，鑒于專業(yè)因素的影響，國內(nèi)外可供選擇的高水平的齒輪設(shè)計(jì)軟件并不是很多，尤其是國內(nèi)齒輪設(shè)計(jì)軟件還處于較低層次的發(fā)展現(xiàn)狀下。本文將在概述國內(nèi)外具有一定知名度的齒輪設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)上，指出了國內(nèi)齒輪軟件的不足與差距，以期能引起國內(nèi)齒輪設(shè)計(jì)軟件開發(fā)同仁的關(guān)注。

　　2 國內(nèi)外齒輪設(shè)計(jì)工具軟件分類及功能概述目前，國內(nèi)外專業(yè)從事齒輪設(shè)計(jì)軟件開發(fā)的公司或研究機(jī)構(gòu)并不是很多，因此具備一定專業(yè)水準(zhǔn)的齒輪設(shè)計(jì)工具軟件也并不是很多。通過互聯(lián)網(wǎng)檢索，可以查詢到的具備一定專業(yè)水平的齒輪工具軟件(包括機(jī)械設(shè)計(jì)軟件中包含齒輪設(shè)計(jì)功能的軟件)的數(shù)量在百款以內(nèi)。這些齒輪設(shè)計(jì)工具軟件的功能及應(yīng)用領(lǐng)域的差異很大。根據(jù)軟件功能完善情況，可大體上將這些齒輪軟件分為四大類：綜合型、計(jì)算分析型、分析型、計(jì)算型，如表 1 所示。表 2 所列的則是齒輪設(shè)計(jì)行業(yè)內(nèi)具有一定專業(yè)水平和知名度的齒輪設(shè)計(jì)工具軟件的分類及功能介紹。

　　3 國內(nèi)外齒輪設(shè)計(jì)軟件差距分析

　　通過上文對(duì)國內(nèi)外知名齒輪設(shè)計(jì)工具軟件的功能概述，可以看出國內(nèi)齒輪工具軟件的發(fā)展現(xiàn)狀較國外相比還具有較大的差距。這些差距表現(xiàn)主要有以下四點(diǎn)。

　　3.1 軟件功能較為簡(jiǎn)單

　　從齒輪軟件功能等級(jí)分類看：綜合型齒輪軟件最佳，其次是計(jì)算分析型，然后是分析型，最后是計(jì)算型。目前，國內(nèi)齒輪軟件多處于齒輪軟件的最低一級(jí)——計(jì)算型。這一類型的齒輪軟件基本是實(shí)現(xiàn)了“齒輪標(biāo)準(zhǔn)算法的計(jì)算機(jī)化”，對(duì)齒輪設(shè)計(jì)而言主要是實(shí)現(xiàn)了“計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算”。這類軟件雖然降低了齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算的繁雜程度，但其分析與深度優(yōu)化功能欠缺，因此其功能較前三類齒輪軟件相比則顯現(xiàn)的較為簡(jiǎn)單。

　　3.2 缺乏整機(jī)分析功能

　　目前，國內(nèi)齒輪軟件的對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化分析功能較國外同行差距較大，尤其是在復(fù)雜齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的 3D 精確建模與系統(tǒng)分析功能上，國內(nèi)軟件由于缺少 CAE 技術(shù)支撐，難以提供整機(jī)的設(shè)計(jì)分析優(yōu)化功能。雖然某些軟件在某些計(jì)算方法的細(xì)節(jié)處理上具有一些優(yōu)點(diǎn)，但是從整體而言，缺乏系統(tǒng)性的樣機(jī)模擬仿真功能就難以與國外同行軟件相媲美。

　　于工程設(shè)計(jì)軟件而言，CAE 功能已經(jīng)成為衡量一款軟件先進(jìn)性的重要指標(biāo)。對(duì)于齒輪設(shè)計(jì)軟件而言，充分利用 CAE 分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪及其傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行剛度、振動(dòng)、摩擦、接觸、載荷分布、修形、潤滑等多指標(biāo)系統(tǒng)性仿真及分析，除了能增加分析的準(zhǔn)確性，還為進(jìn)一步的齒輪設(shè)計(jì)制造技術(shù)的提高提供了理論基礎(chǔ)。相比較于國外綜合型或計(jì)算分析型齒輪軟件，國內(nèi)齒輪軟件則很少提供基于 FEM 或 BEM 等技術(shù)為基礎(chǔ)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)分析功能。

　　3.3 應(yīng)用領(lǐng)域支持不足

　　在齒輪傳動(dòng)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，比如風(fēng)電、汽車、工程機(jī)械、航空航天、鐵路、輪船等行業(yè)中，國內(nèi)齒輪軟件對(duì)此支持能力不足。在目前國內(nèi)發(fā)展行情最好的風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)領(lǐng)域，國內(nèi)齒輪軟件無一款能提供較全面的的技術(shù)支持。而在小模數(shù)齒輪傳動(dòng)領(lǐng)域，尤其是塑料/粉末冶金齒輪組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，也僅有科英特公司的《齒廓與行星傳動(dòng)設(shè)計(jì)》一款軟件提供了相應(yīng)的技術(shù)支持。與國外齒輪軟件如 KISSsoft 對(duì)眾多領(lǐng)域的支持相比，國內(nèi)齒輪軟件對(duì)齒輪傳動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域的支持能力不足是顯而易見的。

　　4 結(jié)論

　　工欲善其事，必先利其器!齒輪設(shè)計(jì)軟件就是齒輪行業(yè)的“設(shè)計(jì)利器”。根據(jù)《中國齒輪行業(yè) “ 十二五 ” 發(fā)展規(guī)劃綱要(2011~2015)》一文的論述：我國已成為世界第三大齒輪制造大國，是名副其實(shí)的世界齒輪制造大國!顯然，齒輪制造大國不等于齒輪制造強(qiáng)國!齒輪制造強(qiáng)國除了擁有高精尖的制造裝備，還必須擁有高水平的齒輪設(shè)計(jì)支撐技術(shù)。因此，提高齒輪設(shè)計(jì)工具軟件的專業(yè)水平，拓寬齒輪設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域，為齒輪行業(yè)提供一流的齒輪設(shè)計(jì)優(yōu)化分析工具，是促進(jìn)我國成為齒輪強(qiáng)國的重要途徑之一。