齒輪的基本知識(shí)

據(jù)史料記載，遠(yuǎn)在公元前400~200年的中國(guó)古代就巳開始使用齒輪，在我國(guó)山西出土的青銅齒輪是迄今巳發(fā)現(xiàn)的最古老齒輪，作為反映古代科學(xué)技術(shù)成就的指南車就是以齒輪機(jī)構(gòu)為核心的機(jī)械裝置。17世紀(jì)末，人們才開始研究，能正確傳遞運(yùn)動(dòng)的輪齒形狀。18世紀(jì)，歐洲工業(yè)革命以后，齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用日益廣泛；先是發(fā)展擺線齒輪，而后是漸開線齒輪，一直到20世紀(jì)初，漸開線齒輪已在應(yīng)用中占了優(yōu)勢(shì)。

  
 
早在1694年，法國(guó)學(xué)者Philippe De La Hire首先提出漸開線可作為齒形曲線。1733年，法國(guó)人M.Camus提出輪齒接觸點(diǎn)的公法線必須通過中心連線上的節(jié)點(diǎn)。一條輔助瞬心線分別沿大輪和小輪的瞬心線(節(jié)圓)純滾動(dòng)時(shí)，與輔助瞬心線固聯(lián)的輔助齒形在大輪和小輪上所包絡(luò)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(tài)；明確建立了現(xiàn)代關(guān)于接觸點(diǎn)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(shù)學(xué)基礎(chǔ)，闡明了相嚙合的一對(duì)齒輪，其齒形曲線的曲率半徑和曲率中心位置的關(guān)系。后來，Savary進(jìn)一步完成這一方法，成為現(xiàn)在的Eu-let-Savary方程。對(duì)漸開線齒形應(yīng)用作出貢獻(xiàn)的是Roteft WUlls，他提出中心距變化時(shí)，漸開線齒輪具有角速比不變的優(yōu)點(diǎn)。1873年，德國(guó)工程師Hoppe提出，對(duì)不同齒數(shù)的齒輪在壓力角改變時(shí)的漸開線齒形，從而奠定了現(xiàn)代變位齒輪的思想基礎(chǔ)。

 
　　19世紀(jì)末，展成切齒法的原理及利用此原理切齒的專用機(jī)床與刀具的相繼出現(xiàn)，使齒輪加工具軍較完備的手段后，漸開線齒形更顯示出巨大的優(yōu)走性。切齒時(shí)只要將切齒工具從正常的嚙合位置稍加移動(dòng)，就能用標(biāo)準(zhǔn)刀具在機(jī)床上切出相應(yīng)的變位齒輪。1908年，瑞士MAAG研究了變位方法并制造出展成加工插齒機(jī)，后來，英國(guó)BSS、美國(guó)AGMA、德國(guó)DIN相繼對(duì)齒輪變位提出了多種計(jì)算方法。

 
　　為了提高動(dòng)力傳動(dòng)齒輪的使用壽命并減小其尺寸，除從材料，熱處理及結(jié)構(gòu)等方面改進(jìn)外，圓弧齒形的齒輪獲得了發(fā)展。1907年，英國(guó)人Frank Humphris最早發(fā)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(quán)。1955年，蘇聯(lián)的M．L．Novikov完成了圓弧齒形齒輪的實(shí)用研究并獲得列寧勛章。1970年，英國(guó)Rolh—Royce公司工程師R．M.Studer取得了雙圓弧齒輪的美國(guó)專利。這種齒輪現(xiàn)已日益為人們所重視，在生產(chǎn)中發(fā)揮了顯著效益。

 
　　齒輪是能互相嚙合的有齒的機(jī)械零件，它在機(jī)械傳動(dòng)及整個(gè)機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用極其廣泛。現(xiàn)代齒輪技術(shù)已達(dá)到：齒輪模數(shù)O.004～100毫米；齒輪直徑由1毫米～150米；傳遞功率可達(dá)上十萬千瓦；轉(zhuǎn)速可達(dá)幾十萬轉(zhuǎn)/分；最高的圓周速度達(dá)300米/秒。

 
　　齒輪在傳動(dòng)中的應(yīng)用很早就出現(xiàn)了。公元前三百多年，古希臘哲學(xué)家亞里士多德在《機(jī)械問題》中，就闡述了用青銅或鑄鐵齒輪傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的問題。中國(guó)古代發(fā)明的指南車中已應(yīng)用了整套的輪系。不過，古代的齒輪是用木料制造或用金 屬鑄成的，只能傳遞軸間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不能保證傳動(dòng)的平穩(wěn)性，齒輪的承載能力也很小。

 
　　隨著生產(chǎn)的發(fā)展，齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性受到重視。1674年丹麥天文學(xué)家羅默首次提出用外擺線作齒廓曲線，以得到運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的齒輪。

 
　　18世紀(jì)工業(yè)革命時(shí)期，齒輪技術(shù)得到高速發(fā)展，人們對(duì)齒輪進(jìn)行了大量的研究。1733年法國(guó)數(shù)學(xué)家卡米發(fā)表了齒廓嚙合基本定律；1765年瑞士數(shù)學(xué)家歐拉建議采用漸開線作齒廓曲線。