齒輪的發展歷史
人(ren)(ren)類對齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)的(de)使(shi)(shi)用(yong)源遠(yuan)流長,有(you)(you)(you)史料記載(zai)中(zhong)(zhong)國是(shi)上個(ge)使(shi)(shi)用(yong)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)的(de),公(gong)元前(qian)400年(nian)至(zhi)前(qian)200年(nian)間(jian)的(de)中(zhong)(zhong)國古(gu)代就開始使(shi)(shi)用(yong)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun),中(zhong)(zhong)國山(shan)西省出土的(de)青銅齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)是(shi)迄今(jin)發現的(de)古(gu)老(lao)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)。張衡的(de)候風地動儀、古(gu)印度(du)的(de)棉核剔(ti)除機構(gou)(gou)(現收藏于柏林博物館(guan))都含(han)有(you)(you)(you)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)機構(gou)(gou)。齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)的(de)具(ju)體(ti)發明人(ren)(ren)無史可考,而(er)亞里士多德(de)可認(ren)為是(shi)個(ge)系(xi)統論述(shu)這(zhe)一機構(gou)(gou)的(de)人(ren)(ren)。而(er)阿(a)基米(mi)德(de)不(bu)僅(jin)對齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)和蝸(gua)輪(lun)(lun)有(you)(you)(you)詳盡的(de)論述(shu),Pappus更記載(zai)了(le)阿(a)基米(mi)德(de)通過(guo)一個(ge)蝸(gua)輪(lun)(lun)和九(jiu)個(ge)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)的(de)機構(gou)(gou),使(shi)(shi)少數幾個(ge)奴隸(li)就將大(da)船Syrakusia推下海中(zhong)(zhong)。
早期齒(chi)輪(lun)并(bing)沒(mei)有齒(chi)形和齒(chi)距(ju)的(de)(de)規格要求,因此(ci)連續(xu)轉動(dong)的(de)(de)主動(dong)輪(lun)往往不(bu)能使(shi)被動(dong)輪(lun)連續(xu)轉動(dong)。為了解(jie)決這一問題,齒(chi)形發展為弧形,并(bing)通(tong)過減小齒(chi)距(ju)使(shi)被動(dong)輪(lun)獲得連續(xu)轉動(dong),這使(shi)得齒(chi)輪(lun)機構(gou)的(de)(de)汲水裝置十分普及。
由于(yu)鐘表的(de)出現(xian)和普及,人們產生(sheng)了對(dui)齒輪定速驅(qu)動(dong)的(de)需求。由齒廓嚙(nie)合基本定律:一對(dui)齒廓的(de)瞬時(shi)速比(bi),等于(yu)該(gai)瞬時(shi)接觸(chu)點的(de)公(gong)法線截連心線為兩段線段的(de)反比(bi)。和驅(qu)動(dong)比(bi)恒定的(de)條件:過接觸(chu)點所作兩齒廓的(de)公(gong)法線均須與連心線交于(yu)一固定的(de)點。
所(suo)決定的(de)齒(chi)形(xing)理論(lun)上是無窮多的(de),OlafRoemer在1674年(nian)曾論(lun)述外(wai)擺線(xian)齒(chi)形(xing),而1694年(nian)PhilippdelaHire提出了漸開(kai)線(xian)齒(chi)形(xing)。在1733年(nian),Camus提出了著名的(de)Camus定理:
輪(lun)齒接觸點(dian)的公法線(xian)必須通過中心連繞上的節點(dian)。一條(tiao)輔助瞬心線(xian)分別沿大輪(lun)和小輪(lun)的瞬心線(xian)(節圓)純滾動時,與輔助瞬心線(xian)固聯的輔助齒形在大輪(lun)和小輪(lun)上所(suo)包絡(luo)形成(cheng)的兩齒廓(kuo)曲(qu)線(xian)是彼此共軛的。
1765年,Euler闡明了(le)(le)相嚙(nie)合的(de)(de)齒(chi)輪(lun),其齒(chi)形曲線(xian)(xian)的(de)(de)曲率(lv)半徑和(he)曲率(lv)中心(xin)位(wei)置的(de)(de)關系。其后Savary完(wan)善了(le)(le)這(zhe)一關系,形成(cheng)了(le)(le)現在使(shi)(shi)用的(de)(de)Euler-Savary方程。1873年,Hoppe指出了(le)(le)不同齒(chi)數的(de)(de)齒(chi)輪(lun)在壓(ya)力角改變時的(de)(de)漸(jian)開(kai)線(xian)(xian)齒(chi)形,從(cong)而(er)奠定了(le)(le)變位(wei)齒(chi)輪(lun)的(de)(de)基礎。19世紀末(mo),范成(cheng)切齒(chi)法(fa)原(yuan)理的(de)(de)提出使(shi)(shi)漸(jian)開(kai)線(xian)(xian)齒(chi)形終戰勝擺線(xian)(xian)齒(chi)形走上了(le)(le)大規模生產的(de)(de)道路。
1907年,FrankHumphris提(ti)出了圓(yuan)弧齒形。圓(yuan)弧齒形在使用壽命和減(jian)小(xiao)尺寸方面有(you)一定特(te)點,因此在現(xian)代工業中也逐漸(jian)發(fa)揮作(zuo)用。