齒輪驅(qū)動的發(fā)展歷史
齒輪驅(qū)動是近代機器中常見的一種機械驅(qū)動,是傳遞機器動力和運動的一種主要形式,是機械產(chǎn)品的重要基礎零部件。它與帶、鏈、摩擦、液壓等機械驅(qū)動相比,具有功率范圍大、驅(qū)動效率、圓周速度、驅(qū)動比準確、使用壽命長、結(jié)構(gòu)尺寸小等一系列特點。
因此,它已成為許多機械產(chǎn)品不可缺少的驅(qū)動部件,也是機器中所占比重大的驅(qū)動形式。齒輪的設計與制造水平將直接影響到機械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。由于齒輪在工業(yè)發(fā)展中的突出地位,致使齒輪被公認為工業(yè)化的一種象征。
齒輪驅(qū)動技術(shù)經(jīng)歷了長期的歷史發(fā)展過程。公元前400、200年,中國古代就開始使用齒輪,在我國山西出土的青銅齒輪是迄今已發(fā)現(xiàn)的古老齒輪,作為反映古代科學技術(shù)成就的指南車就是以齒輪機構(gòu)為的機械裝置。但從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(yè)革命以后,齒輪驅(qū)動應用日益,先是發(fā)展擺線齒輪,而后是漸開線齒輪。
早在1694年,法國學者PhilippeDeLaHire,先提出漸開線可作為齒形曲線。1733年,法國人CamusM.提出輪齒接觸點的公法線必須通過中心連線上的節(jié)點。他考慮了兩齒面的嚙合狀態(tài),明確建立了關(guān)于接觸點軌跡的概念。1765年,瑞士的Euler提出漸開線齒形解析研究的數(shù)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(guān)系。后來,Savary進一步完成這一方法,成為現(xiàn)在的Euler-Savery方程。對漸開線齒形應用作出貢獻的是RobertWillis,他提出中心距變化時,漸開線齒輪具有角速比不變的特點。1873年,德國工程師H。ppe提出,對不同齒數(shù)的齒輪,在壓力角改變時的漸開線齒形,從而奠定了現(xiàn)代變位齒輪的思想基礎。直至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(xiàn),使齒輪加工具有較完善的手段后,漸開線齒形才顯示出巨大的優(yōu)越性。
切齒時,只要將切齒刀具從正常的嚙合位置稍作移動,就能用齒輪刀具在機床上切出相應的變位齒輪。1908年,瑞士MAAG公司研究并制造出展成法加工的插齒機。接著,英國BSS、美國AGMA、德國的DIN等相繼對變位齒輪提出了多種計算方法。
為提動力驅(qū)動齒輪的使用壽命并減小其尺寸,英國人Humphris在1907年早發(fā)表了圓弧齒形的設想。1926年,瑞士人Wildhaber取得了法面圓弧齒形斜齒輪的權(quán)。1955年,原蘇聯(lián)工程師Novikov在完成實用性研究后進人工業(yè)應用。1970年,英國Rolls-Royce公司工程師Studer取得了雙圓弧齒輪的美國。與此同時,我國與原蘇聯(lián),以及日本等國對雙圓弧齒形,進行了一系列開發(fā)研究并獲得了普遍的應用成果。