齿轮传动是近代工业中最常见的一种传动类型，是传递动力和运动的一种主要形式。与其它传动形式相比，齿轮传动在工业产品中所占的比重非常大，其设计与制造水平将直接影响着工业产品的性能和质量。
而要提高齿轮的性能与质量，必须从齿轮的源头——齿轮设计开始。齿轮设计水平的高低将直接影响着齿轮制造质量及齿轮的实际工作性能。但是，提高齿轮设计水平并非易事。它不仅要求设计者具备较高的力学、材料学、运动学、机械制造等多学科的知识背景，还要求设计者具备丰富的齿轮加工及应用经验。面对这一难题，专业齿轮设计软件应运而生。它成为降低齿轮设计难度，减少设计者的工作繁杂程度，提高齿轮设计的科学合理水平的重要工具之一。
今天小维和大家一起聊一聊国内外具有一定知名度的齿轮设计软件。
齿轮设计工具软件分类及功能概述
目前，国内外专业从事齿轮设计软件开发的公司或研究机构并不是很多，因此具备一定专业水准的齿轮设计工具软件也并不是很多。我们可以查询到的具备一定专业水平的齿轮工具软件（包括机械设计软件中包含齿轮设计功能的软件）的数量也在百款以内。这些齿轮设计工具软件的功能及应用领域的差异很大。根据软件功能完善情况，可大体上将这些齿轮软件分为四大类：综合型、计算分析型、分析型、计算型，如表 1 所示。
表1 齿轮软件分类要求
序号
类型
软件功能要求
1
综合型
①具备多种型式的齿轮传动及其组成的传动系统整体设计分析功能；
②具备 CAE 技术或相当技术的齿轮及传动系统深度分析优化功能；
③具备较多行业的适用性。
2
计算分析型
①具备一种或多种齿轮传动及其组成的传动系统的设计分析能力；
②具备某些特定行业传动系统的 CAE 技术或相当技术的深度分析优化功能；
③提供某些特定行业的专业设计分析模块。
3
分析型
①提供一种或多种齿轮传动型式的设计或制造领域的设计分析功能；
②具备基于 CAE 技术或相当技术的齿轮传动或传动系统的某些性能指标的深度分析优化功能。
4
计算型
① 提供一种或多种型式的齿轮设计计算功能；
②无基于 CAE 技术支撑的优化分析功能
下面我们就来一起看下齿轮设计行业内具有一定专业水平和知名度的齿轮设计工具软件的分类及功能介绍。
1、KISSsoft 系列（瑞士）
软件类型：综合型
适用领域：
⑴ 机械设计领域；⑵ 机械传动类产品的设计与分析领域；⑶ 各类齿轮传动设计、 刀具与加工、传动产品样机仿真领域。
功能概述:
⑴ KISSsoft & KISSsys 两款软件是由瑞士 KISSsoft AG 公司开发的机械零部件设计及传动系统分析领域的世界顶级工具软件。
⑵ KISSsoft 软件：侧重于机械零部件的传统设计计算，主要功能有：①渐开线圆柱齿轮设计、优化及制造分析；②行星轮系的设计、优化及分析；③锥齿轮、面齿轮和准双曲线齿轮设计、优化；④普通圆柱蜗杆蜗轮传动的设计、优化及分析；⑤相交轴齿轮传动设计及分析；⑥非圆齿轮传动设计及分析；⑦轴承的非线性刚度与应力设计计算；⑧轴类零件的变形与强度设计计算；⑨花键、螺栓等常用连接紧固件设计计算；⑩弹簧零件的设计计算； ⑾皮带与链传动零部件设计计算；
⑶ KISSsys 软件：侧重于传动系统的模拟与分析，主要功能有：①各种类型的齿轮传动系统 3D 建模，如：行星齿轮变速箱、锥齿轮和蜗杆变速箱等；②传动系统的运动学分析、啮合分析与轴承频率、强度和载荷谱分析；③齿轮传动系统的运动学分析；④传动系统中所有零部件的强度和寿命分析。注意：KISSsys 软件优化分析功能并非基于 CAE 技术。
2、MDESIGN（德国）
软件类型：综合型
适用领域：
⑴ 机械设计领域；⑵ 机械传动类产品的设计与分析领域；⑶ 风电、机车等传动设计领域。
功能概述:
⑴ MDESIGN 是由德国 Drive Concepts 公司开发的机械设计工具软件。软件提供了机械设计领域中的大部分机械零件的设计分析工具，是与 KISSsoft 相媲美的世界顶级机械设计工具软件系统。
⑵ DESIGN 齿轮箱设计部分主要由 MDESIGN LVR、 MDESIGN LVR planet、 MDESIGN gearbox 三大模块所构成。各个模块功能为：
①MDESIGN LVR：圆柱齿轮分析的行业标准，可实现多级圆柱齿轮传动系统的载荷分析与修形分析与优化。
②MDESIGN LVR planet：主要针对行星轮系传动系统进行设计优化，同时该系统集成了FE-solver 有限元求解器，可准确模拟行星齿轮传动系统的变形情况。
③MDESIGN gearbox：主要进行多级平行圆柱齿轮和行星齿轮的设计计算。设计模块可以快速进行齿轮箱的传动轮系布置，然后通过计算模块进行零部件的详细强度计算等。
在各类减速电机传动齿轮的应用上，苏州维本工程塑料Wintone Z33耐磨静音齿轮专用工程塑料可以帮助您解决以下问题：
1.POM和PA66齿轮噪音比较大，耐磨耐疲劳性不够的问题。
2.PA12和TPEE齿轮，太软扭矩太小，耐磨性不够，在60摄氏度以上时，扭力下降比较快。
3.POM和PA66齿轮的耐腐蚀性不够，以及断齿的问题。POM齿轮和注塑件易磨损粉屑化的问题。
4.尼龙46齿轮的降噪性不够，尺寸受水份影响比较大。
Z33材料作为一款强韧耐磨型工程塑料，在齿轮应用上最显著的特点是：耐磨、静音、耐腐蚀、强韧且不受水份影响。Z33材料的典型成功应用为：微小型减速齿轮箱、电动推杆、汽车转向系统EPS齿轮、按摩器齿轮、汽油机凸轮、电助力自行车中置电机齿轮、电动剃须刀等等传动齿轮。
3、FVA Workbench（德国）
软件类型：综合型
适用领域：机械及传动类产品设计分析领域。
功能概述:
⑴ FVA Workbench 是由德国机械制造商协会（ VDMA）动力传动委员会（ FVA）所主导开发的一系列机械设计工具平台。 该协会的主要支撑研究机构是德国著名机械零件教授 Gustav Niemann 1951 年创办的慕尼黑技术大学机械工程系齿轮研究中心（ FZG）。
⑵ 该软件主要包括 ST-plus、 Rikor、 KN-plus 等模块，可进行圆柱齿轮、伞齿轮、轴、轴承等计算分析。
4、Romax 系列（英国）
软件类型：综合型
适用领域：
⑴ 齿轮箱、轴承及齿轮传动系统虚拟样机设计分析领域；
⑵ 主攻领域：风电行业；其它服务领域涉及：汽车、工程车辆和建筑、 轴承、 航空航天、铁路、轮船、混合动力与电动汽车等。
功能概述:
⑴ Romax 系列软件是由英国 Romax 科技公司所开发的齿轮传动系统虚拟样机设计分析工具软件。该软件在传动系统设计领域，尤其是风电齿轮箱设计享有高知名度。
⑵ Romax 系列软件包含Romax Designer、Romax Dynamics、 Synchronizer Simulation 和 Gear Manufacture 四大模块。同时还推出了针对风电行业的 RomaxWIND 软件包。该系列软件的各个模块的功能是：Romax Designer完成齿轮传动系统的设计分析，包括平行轴传动系、相交轴传动系、行星齿轮传动系的完整解决方案以及轴承、系统振动噪声分析(NVH)等高级分析功能。Romax Dynamics 可作为 Romax Designer 的部分或作为单独模块，完成传动系统的动力学分析，计算临界速度谱、阻尼固有频率谱、非平衡响应分析等内容。Synchronizer Simulation可预估同步器尺寸，计算轴的轴向振动，完成同步器瞬态过程的详细分析。Gear Manufacture 可完成齿轮剃、铣、修形等制造过程中动力学仿真和结构优化工作，以控制齿形加工质量和提高刀具寿命。
5、MASTA （英国）
软件类型：综合型
适用领域：
⑴ 齿轮箱、轴承及齿轮传动系统虚拟样机设计分析领域；
⑵ 服务领域涉及舰船(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。
功能概述:
⑴ MASTA 是由英国 SMT（ Smart Manufacturing Technology）技术公司所开发的一套传动系统选配设计/开发制造一体化大型专用软件系统。
⑵ MASTA 软件分为两大部分：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。
①设计分析部分包含三个方面的功能：建模与设计功能，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）。
②制造部分是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、工艺优化设计工具。
6、AMTEC 系列（日本）
软件类型：计算分析型
适用领域：
⑴各类齿轮传动设计领域；
⑵塑料/粉末冶金齿轮设计分析领域。
功能概述:
⑴ AMTEC 系列软件是由日本齿轮协会下属机构所开发的一套齿轮传动设计分析工具软件。
⑵ 该软件囊括了各种类型的齿轮形式，其主要模块有：圆柱齿轮副（金属，塑料），蜗杆-蜗轮副，蜗杆-斜齿轮副，行星齿轮副（包括双行星齿轮副），伞齿轮副（包括格里森所有齿制），变齿厚齿轮副，摆线齿轮副，面齿轮副，准双曲面齿轮副，变传动比齿轮齿条副，少齿差行星齿轮副，圆弧齿轮副，非圆齿轮副，摆线转子设计，平面二次包络蜗杆蜗轮副，圆柱齿轮加工仿真，渐开线齿轮有限元分析软件，塑料、粉末冶金圆柱齿轮齿形优化软件等。
7、Gear Production Suite（英国）
软件类型：计算分析型
适用领域：
⑴ 渐开线圆柱齿轮及行星齿轮传动设计分析领域；
⑵ 塑料、粉末冶金等小模数齿轮设计制造领域。
功能概述:
⑴ Gear Production Suite 软件是由英国 Dontyne 公司开发的齿轮设计分析工具软件。
⑵ 该软件包括六大模块：行星排列布置模块，行星传动设计计算，圆柱齿轮设计计算，载荷分析优化，刀具仿真模拟，检测模块。
⑶ 该软件最出色的模块是载荷分析模块，用于齿轮修形计算等，简称为 GPS 模块。GPS 的开发是源于海军舰艇齿轮箱的噪声优化，在考虑齿轮的加工、安装误差，齿轮修形等等情况，来考察齿轮啮合的应力分布，功率损失，齿轮传递误差等指标，通过改善上述的指标参数来优化齿轮参数，从而使齿轮啮合达到一个较理想的状态。
⑶ 该软件在塑料齿轮、粉末冶金齿轮的齿形优化方面也有非常强的功能。通过加工后齿形进行检测，与理论齿形进行比对，然后进行迭代计算，从而来修正模具形腔的齿形，从而改善塑料齿轮、粉末冶金齿轮的精度等级。
苏州维本Wintone Z33耐磨静音齿轮专用工程塑料，在齿轮应用上最显著的特点是：耐磨、静音、耐腐蚀、强韧且不受水份影响。
在各类减速电机传动齿轮的应用上，与传统的POM和PA66相比，Wintone Z33具有更好的耐磨性、静音、弹性、耐疲劳性和抗形变能力，Z33在保持了良好刚性的同时，进一步提升了弹性和韧性（这种优异的机械性能在摄氏-40度、0度和80度都有保持和体现），可以帮助解决齿轮断齿问题，同时大幅度降低摩擦噪音，经应用后比较，Wintone Z33也优于不少耐磨改性规格的POM和PA66（如聚四氟乙烯，硅酮类或二硫化钼改性）。
在微小型减速齿轮箱耐磨静音齿轮的应用上，Z33在耐磨耐疲劳性优于传统的PA12和TPEE（海翠料）的同时，还能帮助解决PA12和TPEE有时候扭力不够的问题，而且Z33具有更好的成本优势。
另外，Z33具有很好的耐腐蚀性，可以用于很多场景下接触各类化学物质的严苛环境，比如PCB设备齿轮、印染纺织机械上的齿轮，液压系统的挡圈和密封圈，等等，成功替代价格昂贵的PEEK，PA12，PVDF，PTFE，PA46，TPEE的部分应用领域。另外Z33的吸湿很少，综合性能受水份的影响很小，整包装Wintone Z33注塑前不需要提前烘料，可以直接注塑，注塑完无需水处理。
8、Windows LDP（美国）
软件类型： 分析型
适用领域：齿轮分析及制造评估领域
功能概述:
⑴ Windows LDP 是由美国俄州立大学机械工程系齿轮动力学和齿轮噪声实验室开发的齿轮载荷分布分析软件。
⑵ 该软件可对渐开线圆柱齿轮传动副的载荷分布、传动误差、齿根应力和接触应力、齿力、循环力、摩擦力、油膜厚度和闪温。同时可以进行多扭矩分析和制造稳健性分析。
⑶ 软件的显著特色有：
①采用边界元方法（ BEM）分析齿根应力，与其它有限元分析法相比具有更快的计算速度。
②齿根应力计算中考虑了摩擦因素的影响。
③可以分析微小几何修形和外部修形。
④可实现传动误差、
载荷分布、齿根应力、接触应力、齿力、油膜厚度、闪温等多项分析。
⑤多扭矩分析能力。
⑥稳健性分析能力（制造误差的灵敏度分析）。
⑦轮齿修形分析。
9、ANSOL 系列（美国）
软件类型： 分析型
适用领域：
⑴ 渐开线齿轮和准双曲线齿轮设计分析领域；
⑵ 行星齿轮系统设计分析领域；
⑶ 滚柱轴承和球轴承设计分析领域；
⑷ 行星差速齿轮系统和直－斜齿轮差速系统的设计分析领域。
功能概述:
⑴ ANSOL 系列齿轮有限元分析软件是由美国安索（ ANSOL）高级数值求解公司开发的基于有限元方法的齿轮和齿轮箱传动系统数值计算软件，可实现齿轮几何建模、接触分析、振动分析、噪声和多体系统分析。该软件是许多知名齿轮软件，如 Romax 的有限元求解器。
⑵ ANSOL 系列软件包括：
①Coustyx：利用快速多极点方法(FMM)进行声学传播分析；
②Planetary2D：行星齿轮系统的二维(2D)静态和动力学分析；
③Helical3D：三维(3D)内接或者外接螺旋齿轮对接触分析；
④Hypoid Face Milled：平面铣刀加工的渐开线齿轮和准双曲面齿轮几何建模和接触分析；
⑤Hypoid Face Hobbed：平面滚刀加工的渐开线和准双曲面齿轮几何建模和接触分析；
⑥Calyx:客户化的基于二维(2D)和三维(3D)有限元方法的多体动力学与静力学接触分析求解器。
⑶ Transmission3D：ANSOL 系列中专用的传动齿轮箱建模和分析软件。Transmission3D 除了可以对多个齿轮对建模并进行仿真分析外，还能建立三维行星齿轮系统模型。不但可以分析所有的三维平行轴行星齿轮系统，还可以对非平行轴齿轮传动系统进行建模和分析。此系统可以是任意的三维齿轮系统，包括准双曲线齿轮、渐开线齿轮和螺旋齿轮，甚至是直斜齿轮双曲线和渐开线齿轮系统。Transmission3D 软件包不但可以分析所有Planetary3D 软件包能分析的三维行星齿轮系统，还可分析汽车后桥传动齿轮系统（包括准双曲线齿轮和直斜齿轮差速器）和直升机齿轮系统。
10、MITCalc 系列（捷克）
软件类型：计算型
适用领域：机械零部件设计计算领域。
功能概述:
⑴ MITCalc 系列软件是由捷克 MITCalc 公司基于 Excel 开发的机械设计计算型工具软件包。
⑵ 该软件提供了机械设计领域中的多数零部件的设计计算方法，如：渐开线圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆、皮带、链、轴承、弹簧、轴、螺栓、联轴器等。
11、ZGCAD （中国）
软件类型： 计算型
适用领域：
⑴ 冶金、石化、煤矿、电站、汽车、 大型工程装备变速装置的设计领域；
⑵ 渐开线圆柱齿轮、 锥齿轮、蜗轮-蜗杆传动、双圆弧齿轮传动、 非圆齿轮传动等设计领域。
功能概述:
⑴ ZGCAD 是由郑州机械研究所开发齿轮传动 CAD 集成系统软件。
⑵ 该软件是目前国内软件功能最齐全的、实际工程应用较好的一套齿轮传动 CAD 商品化软件，囊括了常见的齿轮传动设计计算方法，其主要功能模块有 11 个：
①渐开线圆柱齿轮传动优化设计系统；
②高速齿轮传动优化设计系统；
③锥齿轮传动优化设计系统；
④双圆弧齿轮传动优化设计系统；
⑤蜗轮蜗杆传动优化设计系统；
⑥NGW 型行星齿轮传动优化设计系统；
⑦齿轮几何尺寸及精度计算；
⑧齿轮强度计算软件；
⑨齿轮及轴系有关计算软件；
⑩齿轮轴系零部件参数化绘图系统；
⑾ 非圆齿轮 CAD 系统。
12、渐开线圆柱齿轮设计专家系统+齿廓与行星传动设计（中国）
软件类型：计算型
适用领域：
⑴ 渐开线圆柱齿轮减速机产品设计领域；
⑵ NGW 行星减速器设计领域；
⑶ 小模数塑料/粉末冶金/冲压等齿轮传动设计领域。
功能概述:
⑴ 由科英特软件有限公司开发的《渐开线圆柱齿轮设计专家系统》与《齿廓与行星传动设计》是国内渐开线齿轮设计领域专业性非常强的两款齿轮设计工具软件。
⑵ 渐开线圆柱齿轮设计专家系统软件以专家系统模式， 实现了渐开线圆柱齿轮传动系统的几何计算、 精度计算、强度（接触、弯曲、胶合）校核及齿轮测绘等功能。⑶ 齿廓与行星传动设计主要面向 NGW 行星轮系设计领域。软件主要功能有：①均布型 NGW 行星轮系的几何参数计算、九种变位系数分配算法、行星自动配齿计算、内外齿轮副啮合分析、行星轮系运动模拟等；②非均布型 NGW 行星轮系的设计计算及运动模拟；③非对称型齿轮副的设计计算功能；④提供所有设计齿轮的 2D精确齿形图；
⑤提供塑料/粉末冶金/冲压等齿轮模具型腔的设计计算，同时可进行模具型腔线割加工模拟，对模具型腔线割加工可行性进行评估。
13、GSHgears （中国）
软件类型：计算型
适用领域：格里森制弧齿锥齿轮的设计加工领域
功能概述:
⑴ GSHgears 是由重庆工学院郭晓冬教授主持开发锥齿轮设计加工仿真软件，主要用于格里森制弧齿锥齿轮的设计与加工仿真。
⑵ 软件算法按“格里森”相关标准执行，可实现六种不同收缩制度的齿坯几何参数、切齿刀盘参数、轮齿弯曲强度和接触强度的校核和设计等计算。
⑶ 软件提供精确的锥齿轮 3D 模型，为 CAE 软件进行有限元分析提供精确的 3D 模型。
国内外齿轮设计软件差距分析
通过上文对国内外知名齿轮设计工具软件的功能概述，可以看出国内齿轮工具软件的发展现状较国外相比还具有较大的差距。这些差距表现主要有以下三点。
1. 软件功能较为简单
从齿轮软件功能等级分类看：综合型齿轮软件最佳， 其次是计算分析型， 然后是分析型，最后是计算型。目前，国内齿轮软件多处于齿轮软件的最低一级——计算型。这一类型的齿轮软件基本是实现了“齿轮标准算法的计算机化”，对齿轮设计而言主要是实现了计算机辅助计算”。这类软件虽然降低了齿轮设计计算的繁杂程度，但其分析与深度优化功能欠缺，因此其功能较前三类齿轮软件相比则显现的较为简单。
2. 缺乏整机分析功能
目前，国内齿轮软件的对于传动系统的优化分析功能较国外同行差距较大，尤其是在复杂齿轮传动系统的 3D 精确建模与系统分析功能上，国内软件由于缺少 CAE 技术支撑，难以提供整机的设计分析优化功能。虽然某些软件在某些计算方法的细节处理上具有一些优点，但是从整体而言，缺乏系统性的样机模拟仿真功能就难以与国外同行软件相媲美。
对于工程设计软件而言， CAE 功能已经成为衡量一款软件先进性的重要指标。对于齿轮设计软件而言，充分利用 CAE 分析技术实现对齿轮及其传动系统进行刚度、振动、摩擦、接触、载荷分布、修形、润滑等多指标系统性仿真及分析，除了能增加分析的准确性，还为进一步的齿轮设计制造技术的提高提供了理论基础。相比较于国外综合型或计算分析型齿轮软件，国内齿轮软件则很少提供基于 FEM 或 BEM 等技术为基础的齿轮传动系统分析功能。
3. 应用领域支持不足
在齿轮传动的重要应用领域，比如风电、汽车、工程机械、航空航天、铁路、轮船等行业中，国内齿轮软件对此支持能力不足。在目前国内发展行情最好的风电齿轮箱设计领域，国内齿轮软件无一款能提供较全面的的技术支持。而在小模数齿轮传动领域，尤其是塑料/粉末冶金齿轮组成的传动机构设计中，也仅有科英特公司的《齿廓与行星传动设计》一款软件提供了相应的技术支持。与国外齿轮软件如 KISSsoft 对众多领域的支持相比，国内齿轮软件对齿轮传动应用领域的支持能力不足是显而易见的。
苏州维本Z33耐磨静音齿轮专用工程塑料，在航模舵机、机器人关节舵机、玩具舵机等各类小扭矩舵机齿轮箱的塑胶齿轮上的应用，可以帮助解决传统的POM齿轮的扫齿问题，同时提升舵机齿轮箱的耐疲劳寿命和静音性能。
苏州维本工程塑料有限公司——您身边的工程塑料创新应用开发伙伴。
