齒輪的發展歷史

人(ren)類(lei)對(dui)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)的(de)(de)(de)使用源遠(yuan)流長，有(you)史料記(ji)載(zai)中國(guo)(guo)是(shi)上(shang)個(ge)使用齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)的(de)(de)(de)，公元前400年至前200年間(jian)的(de)(de)(de)中國(guo)(guo)古(gu)(gu)代就(jiu)開始使用齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)，中國(guo)(guo)山西省出土的(de)(de)(de)青銅齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)是(shi)迄今發(fa)現(xian)的(de)(de)(de)古(gu)(gu)老齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)。張(zhang)衡的(de)(de)(de)候風地(di)動儀、古(gu)(gu)印度的(de)(de)(de)棉核剔(ti)除機構(現(xian)收藏于柏(bo)林博物館)都含(han)有(you)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)機構。齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)的(de)(de)(de)具體發(fa)明(ming)人(ren)無史可考，而(er)亞(ya)里士多(duo)德可認為(wei)是(shi)個(ge)系統(tong)論(lun)述這一機構的(de)(de)(de)人(ren)。而(er)阿基米德不僅(jin)對(dui)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)和蝸(gua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)有(you)詳盡的(de)(de)(de)論(lun)述，Pappus更記(ji)載(zai)了阿基米德通(tong)過一個(ge)蝸(gua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)和九個(ge)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)的(de)(de)(de)機構，使少(shao)數幾(ji)個(ge)奴(nu)隸就(jiu)將(jiang)大船Syrakusia推下海(hai)中。

早(zao)期齒(chi)輪并(bing)沒(mei)有齒(chi)形和齒(chi)距的規(gui)格要求，因(yin)此(ci)連(lian)續轉(zhuan)動的主動輪往往不能使被(bei)動輪連(lian)續轉(zhuan)動。為了解決這一問題，齒(chi)形發展為弧形，并(bing)通(tong)過(guo)減(jian)小(xiao)齒(chi)距使被(bei)動輪獲得(de)連(lian)續轉(zhuan)動，這使得(de)齒(chi)輪機(ji)構的汲(ji)水裝(zhuang)置(zhi)十(shi)分普及。

由(you)于鐘表的(de)(de)出現和普及，人們產生了對齒(chi)輪(lun)定速傳動(dong)的(de)(de)需(xu)求。由(you)齒(chi)廓嚙合(he)基本定律：一對齒(chi)廓的(de)(de)瞬(shun)時速比，等于該瞬(shun)時接觸(chu)點的(de)(de)公(gong)法線截(jie)連心線為兩(liang)段線段的(de)(de)反比。和傳動(dong)比恒(heng)定的(de)(de)條件(jian)：過接觸(chu)點所(suo)作兩(liang)齒(chi)廓的(de)(de)公(gong)法線均須(xu)與連心線交于一固(gu)定的(de)(de)點。

所決定(ding)的齒形(xing)理論上是無窮多的，OlafRoemer在1674年(nian)(nian)曾論述(shu)外擺線齒形(xing)，而1694年(nian)(nian)PhilippdelaHire提(ti)出(chu)了漸開(kai)線齒形(xing)。在1733年(nian)(nian)，Camus提(ti)出(chu)了著名的Camus定(ding)理：

輪(lun)齒(chi)接(jie)觸點(dian)的公法線必須通(tong)過中心連繞上的節(jie)點(dian)。一(yi)條輔助瞬心線分(fen)別沿大輪(lun)和小輪(lun)的瞬心線(節(jie)圓)純(chun)滾(gun)動時(shi)，與輔助瞬心線固聯(lian)的輔助齒(chi)形(xing)在(zai)大輪(lun)和小輪(lun)上所包絡形(xing)成的兩(liang)齒(chi)廓曲線是彼此共軛的。

1765年(nian)，Euler闡(chan)明了(le)(le)相嚙合(he)的(de)(de)齒(chi)輪(lun)，其齒(chi)形(xing)(xing)曲(qu)(qu)線的(de)(de)曲(qu)(qu)率(lv)半(ban)徑(jing)和曲(qu)(qu)率(lv)中心位置的(de)(de)關系。其后(hou)Savary完善(shan)了(le)(le)這一關系，形(xing)(xing)成了(le)(le)現在使(shi)用的(de)(de)Euler-Savary方程。1873年(nian)，Hoppe指出了(le)(le)不同齒(chi)數的(de)(de)齒(chi)輪(lun)在壓力(li)角改變(bian)時的(de)(de)漸開線齒(chi)形(xing)(xing)，從而奠定了(le)(le)變(bian)位齒(chi)輪(lun)的(de)(de)基礎。19世紀末(mo)，范成切齒(chi)法原(yuan)理的(de)(de)提(ti)出使(shi)漸開線齒(chi)形(xing)(xing)終戰勝擺(bai)線齒(chi)形(xing)(xing)走(zou)上了(le)(le)大規模(mo)生產的(de)(de)道路。

1907年(nian)，FrankHumphris提出了(le)圓弧(hu)齒形。圓弧(hu)齒形在(zai)使用(yong)壽(shou)命和減小尺寸方(fang)面有一定特點，因此在(zai)現(xian)代工業中也逐漸(jian)發揮作用(yong)。