齒輪加工基礎-01:齒輪的發展歷史

2021-02-08 金屬大腦

據大量的出土文物和史書記載，證明我國是應用齒輪最早的國家之一。

秦代至西漢初年（公元前221年～公元24年）使用過直徑為25mm、40齒的青銅棘齒輪。

戰國末期到西漢（公元前3世紀至公元24年）間使用過直徑約80mm的鐵齒輪。

東漢初年（公元1世紀）曾使用直徑為24mm、齒數都為24的青銅人字齒輪。

東漢張衡（公元78～139年）製作的水運渾象,以漏水為動力，通過齒輪系統，使渾象每日等速地繞軸旋轉一周。

三國時出現的記裡鼓車，已有—套減速齒輪系統。

馬鈞所製成的指南車（公元235年），除有齒輪傳動外，還有離合裝置，說明齒輪系已發展到相當程度。

水運渾象儀

青銅人字齒輪

在西方，公元前300年古希臘哲學家亞里斯多德在《機械問題》中，就闡述了用青銅或鑄鐵齒輪傳遞旋轉運動的問題。

公元前150年，希臘有名的發明家古蒂西比奧斯在圓板工作檯邊緣上均勻地插上銷子，使它與銷輪嚙合，他把這種機構應用到刻漏上。

在公元前100年，亞歷山人的發明家赫倫發明了裡程計，在裡程計中使用了齒輪。

公元1世紀時，羅馬的建築家畢多畢斯製作的水車式制粉機上也使用了齒輪傳動裝置。

到14世紀，開始在鐘錶上使用齒輪。

古希臘齒輪裝置

1694年，法國學者PHILIPPE DE LA HIRE首先提出漸開線可作為齒形曲線。1733年，法國人M.CAMUS提出輪齒接觸點的公法線必須通過中心連線上的節點。一條輔助瞬心線分別沿大輪和小輪的瞬心線(節圓)純滾動時，與輔助瞬心線固聯的輔助齒形在大輪和小輪上所包絡形成的兩齒廓曲線是彼此共軛的，這就是CAMUS定理。它考慮了兩齒面的嚙合狀態；明確建立了現代關於接觸點軌跡的概念。

1765年，瑞士的L．EULER提出漸開線齒形解析研究的數學基礎，闡明了相嚙合的一對齒輪，其齒形曲線的曲率半徑和曲率中心位置的關係。後來，SAVARY進一步完成這一方法，成為EU-LET-SAVARY方程。對漸開線齒形應用作出貢獻的是ROTEFT WULLS，他提出中心距變化時，漸開線齒輪具有角速比不變的優點。

1873年，德國工程師HOPPE提出，對不同齒數的齒輪在壓力角改變時的漸開線齒形，從而奠定了現代變位齒輪的思想基礎。

19世紀末，展成切齒法的原理及利用此原理切齒的專用工具機與刀具的相繼出現，使齒輪加工具備較完備的手段後，漸開線齒形更顯示出巨大的優越性。切齒時只要將切齒工具從正常的嚙合位置稍加移動，就能用標準刀具在工具機上切出相應的變位齒輪。

1908年，瑞士MAAG研究了變位方法並製造出展成加工插齒機，後來，英國BSS、美國AGMA、德國DIN相繼對齒輪變位提出了多種計算方法。

為了提高動力傳動齒輪的使用壽命並減小其尺寸，除從材料，熱處理及結構等方面改進外，圓弧齒形的齒輪獲得了發展。

1907年，英國人FRANK HUMPHRIS最早發表了圓弧齒形。

1926年，瑞土人ERUEST WILDHABER取得法面圓弧齒形斜齒輪的專利權。1955年，蘇聯的M．L．NOVIKOV完成了圓弧齒形齒輪的實用研究並獲得列寧勳章。

1970年，英國ROLH—ROYCE公司工程師R．M．STUDER取得了雙圓弧齒輪的美國專利。這種齒輪現已日益為人們所重視，在生產中發揮了顯著效益。

齒輪是能互相嚙合的有齒的機械零件，它在機械傳動及整個機械領域中的應用極其廣泛。現代齒輪技術已達到：齒輪模數0.004～100毫米；齒輪直徑由1毫米～150米；傳遞功率可達上十萬千瓦；轉速可達幾十萬轉/分；最高的圓周速度達300米/秒。

隨著生產的發展，齒輪運轉的平穩性受到重視。

1674年丹麥天文學家羅默首次提出用外擺線作齒廓曲線，以得到運轉平穩的齒輪。

18世紀工業革命時期，齒輪技術得到高速發展，人們對齒輪進行了大量的研究。

1733年法國數學家卡米發表了齒廓嚙合基本定律；

1765年瑞士數學家歐拉建議採用漸開線作齒廓曲線。

19世紀出現的滾齒機和插齒機，解決了大量生產高精度齒輪的問題。

1900年，普福特為滾齒機裝上差動裝置，能在滾齒機上加工出斜齒輪，從此滾齒機滾切齒輪得到普及，展成法加工齒輪佔了壓倒優勢，漸開線齒輪成為應用最廣的齒輪。

1899年，拉舍最先實施了變位齒輪的方案。變位齒輪不僅能避免輪齒根切，還可以湊配中心距和提高齒輪的承載能力。

1923年美國懷爾德哈伯最先提出圓弧齒廓的齒輪。

1955年蘇諾維科夫對圓弧齒輪進行了深入的研究，圓弧齒輪遂得以應用於生產。這種齒輪的承載能力和效率都較高，但尚不及漸開線齒輪那樣易於製造，還有待進一步改進。

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