齒輪

齒輪是輪緣上有齒能連續嚙合傳遞運動和動力的機械元件，是能互相嚙合的有齒的機械零件，大齒輪的直徑是小齒輪的直徑的一倍。齒輪在傳動中的應用很早就出現了，公元前300多年，古希臘哲學家亞里士多德在《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。19世紀末，展成切齒法的原理及利用此原理切齒的專用機床與刀具的相繼出現，使齒輪加工具備較完備的手段，而隨著生產的發展，齒輪運轉的平穩性受到重視。

基本介紹

齒輪；輪緣上有齒能連續嚙合傳遞運動和動力的機械元件，是能互相嚙合的有齒的機械零件。大齒輪的直徑是小齒輪的直徑的一倍。如果大齒輪不動，小齒輪沿大齒輪公轉一周，小齒輪自轉幾周？反過來，如果小齒輪不動，大齒輪沿小齒輪公轉一周，大齒輪自轉幾周？大齒輪不動，小齒輪沿大齒輪公轉一周，小齒輪自轉一周；當小齒輪不動，大齒輪沿小齒輪公轉一周，大齒輪自轉一周半，即在240°位置自轉一周，360°位置自轉一周半，480°位置自轉兩周，720°位置自轉三周。

歷史

齒輪在傳動中的應用很早就出現了，公元前300多年，古希臘哲學家亞里士多德在《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。希臘著名學者亞里土多德和阿基米德都研究過齒輪，希臘有名的發明家古蒂西比奧斯在圓板工作臺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。這約是公元前150年的事。在公元前100年，亞歷山人的發明家赫倫發明了里程計，在里程計中使用了齒輪。公元1世紀時，羅馬的建筑家畢多畢斯制作的水車式制粉機上也使用了齒輪傳動裝置。到14世紀，開始在鐘表上使用齒輪。公元前200年的中國漢代也開始使用齒輪，漢代之后的指南車就是使用齒輪來轉動木人，以使木人可以指南。

17世紀末，人們才開始研究能正確傳遞運動的輪齒形狀。18世紀，歐洲工業革命以后，齒輪傳動的應用日益廣泛；先是發展擺線齒輪，而后是漸開線齒輪，一直到20世紀初，漸開線齒輪已在應用中占了優勢。

早在1694年，法國學者PhilippeDeLaHire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；明確建立了現代關于接觸點軌跡的概念。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系。后來，Savary進一步完成這一方法，成為現在的Eu-let-Savary方程。對漸開線齒形應用作出貢獻的是RoteftWUlls，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機床與刀具的相繼出現，使齒輪加工具備較完備的手段后，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，就能用標準刀具在機床上切出相應的變位齒輪。1908年，瑞士MAAG研究了變位方法并制造出展成加工插齒機，后來，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并減小其尺寸，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FrankHumphris最早發表了圓弧齒形。1926年，瑞土人EruestWildhaber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并獲得列寧勛章。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采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，展成法加工齒輪占了壓倒優勢，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于生產。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于制造，還有待進一步改進。

現狀

中國齒輪行業快速發展，行業規模不斷擴大。在“十一五”期間，根據國家統計局公布的數據，2005~2010年中國齒輪行業的工業總產值逐年增加，且同比增幅均在18.00%以上，2009年實現工業總產值781.85億元，2010年實現工業總產值946.35億萬元。齒輪行業已成為中國機械基礎件中規模最大的行業。2011年，齒輪行業總體銷售額達到1780億元人民幣，同比增長23%；進口額雖還遠遠高于出口額，但出口增速則明顯強于進口。中國齒輪企業經過國內外市場競爭的考驗、全球金融危機的歷練以及企業自身運營發展的實踐，已然擯棄了低層次生產方式和低質、低價競爭模式，整個行業正在步入一個‘破蛹化蝶’式的新發展階段。