纵然不是呆板范畴的人，对齿轮必定也不生疏，它太常见了，但你对齿轮领会几多？上面咱们就聊一聊齿轮的利用及成长史。

　　齿轮是轮缘上有齿，并能延续啮合通报活动和能源的呆板整机。齿轮的品种良多，如图1所示，为齿轮及常见的几品种型。

　　齿轮经过宁可他齿状呆板整机（如另外一个齿轮、齿条、蜗杆）传动，也便是齿轮轮齿彼此扣住，齿轮会推动另外一个齿轮动弹，来通报能源。将两个齿轮分隔，你也可以利用链条（图2）、履带、皮带来推动双方的齿轮，而通报能源。两个齿轮相互啮适时，其动弹的标的目的相同，如图3所示。

　　齿轮传动是利用最普遍的一种呆板传动，可竣工改动转速和转矩、改动活动标的目的和改动活动情势等功效，存在传动效力高、传动比精确、功率规模大等长处。

　　齿轮传动的用处很广，是种种呆板装备中的主要零零件，如汽车、机床、航空、汽船、农业呆板、修建呆板等，平常糊口中都要利用种种齿轮传动。图4为经常使用的3种齿轮传动，图5为齿轮齿条传动，图6为蜗轮蜗杆传动。

　　在咱们的平常糊口中，齿轮传动的例子良多，好比呆板腕表、闹钟走机会构、电电扇的点头机构、空调的摆风机构、自行车的链传动和变速机构、洗衣机的变速机构、汽车的变速机构、机床的变速机构、加速器等，都用到了齿轮传动。

　　当你翻开呆板表的后盖时，你就可以看到齿轮是如何停止啮合传动的。图7是呆板表走针的传动编制，分针与时针、秒针与分针的传动比均为60，都是经过二级齿轮传动竣工的。从秒针到时针，传动比到达3600，只用四级齿轮传动就竣工了，构造很紧密。钟表走时传动线路，经过如许四级齿轮传动，传动比高达3600。这个例子申明呆板表的多级齿轮传动可取得大的传动比。

　　图8为电扇点头机构的道理模子。它把电念头的动弹改变成扇叶的摆动。赤色的曲柄与蜗轮固接，蓝色杆为机架，绿色的连架杆与蜗杆（机电轴）固接。电念头推动扇叶动弹，蜗杆启动蜗轮扭转，蜗轮推动曲柄作立体活动，进而结尾电扇的点头（摆动）活动。它利用蜗轮蜗杆传动，目标是下降扇叶的摆动速率、摹拟天然风。

　　图9为行星搅拌机传念头构。行星搅拌机的传念头构由加速电念头、自动中间轮（内齿轮）、行星齿轮、流动中间轮、表里啮合行星轮系、毗连器、刀片等零零件构成。

　　行星齿轮搅拌机事情道理：多功效搅拌机集打蛋、碎肉、菜蔬切片等功效为一体，其传动装配用来通报原能源机的能源，变更其活动体例，以竣工搅拌机预订的事情央浼，是搅拌机的首要构成部门。传动装配采取了行星齿轮传动，由电念头间接推动中间轮输入第一转速，用于搅拌。颠末行星齿轮系传动，转臂经过毗连器输入第二转速，用于碎肉，竣工碎肉功效。这类传念头构，构造纯粹紧密、传动靠得住、工艺公道。

　　图10中自降螺旋千斤顶的罗纹无自锁感化，装有制动器及轮组。减弱制动器，重物便可自行赶快降落，减少返程工夫，但这类千斤顶机关比较庞杂。螺旋千斤顶能持久撑持重物，最大起分量可达100吨，利用较普遍。这类呆板千斤顶是手动起重对象之一，其构造紧密，公道地使用摇杆的摆动，使小齿轮动弹，经一双圆锥齿轮运行，推动螺杆扭转，鞭策起落套筒，进而使重物飞腾或降落（圆锥齿轮能够改动力矩的标的目的，即能够把横向活动转为竖直活动）。

　　当自动轴的转速稳定时，使用轮系可使从动轴取得多种事情转速，这类传动称为变速传动。汽车、机床、起重机等很多呆板都须要变速机构，如图11所示为变速传动。

　　齿轮变速器也叫定轴式变速器，它由一个外壳、轴线流动的几根轴和几何个齿轮构成，可竣工变速、变矩和改动扭转标的目的。

　　变向道理：①相啮合的一双齿轮旋向相同，每经一动弹副，其轴转向改动一次；②经两对齿轮传动，其输入轴与输入轴转向分歧；③若是再加一个倒挡轴，酿成三对轴通报能源，则输入轴与输入轴的转向相同，如图12所示。

　　图13为CA6140型通俗车床主轴传动编制图，主活动传动链的功效是把能源源（电念头）的活动经V带传给主轴，使主轴带开工件竣工反转展转，并使主轴取得变速和换向。主轴的活动是颠末齿轮副传给轴的，改动齿轮的传动，进而改动主轴的转速。要想计较出主轴的转速，那末必需得明了齿轮的齿数。

　　车床走刀丝杠的三星轮换向机构，在自动轴转向稳定的前提下，可改动从动轴的转向，图14为三星轮换向机构。

　　某航空策动机附件传动编制，它可把策动机自动轴活动合成成六路传出，推动附件同时事情。使用轮系可使一根自动轴推动几何根从动轴同时动弹，取得所需的种种转速。图15为齿轮分路传动。

　　分解活动是将两个输入活动分解为一个输入活动；合成活动是将一个输入活动合成为两个输入活动。分解活动和合成活动可用传动轮系竣工。图16为圆锥齿轮的差动轮系，图17为汽车后桥上的差速器。

　　差速器能使摆布车轮以差别或沟通的转速停止纯转动，从而竣工转向或直线行驶，把这类特征称为差速特征。主加速器传来的转矩等分给两半轴，使前部车轮启动力尽可能相当，其称为转矩特征。

　　图18（a）中，汽车直线行驶时，小齿轮和侧齿轮的齿轮之间连结绝对运动。差速器外壳、摆布轮轴同步动弹，差速器外部行星齿轮只随差速器扭转，不自转。

　　图18（b）中，汽车转弯行驶时，小齿轮和侧齿轮连结绝对动弹，使摆布轮能够竣工差别转速行驶。因为汽车摆布启动轮受力环境产生变革，反应在摆布半轴上，从而粉碎行星齿轮本来的力均衡，这时候行星齿轮开端扭转，使弯内侧轮转速减小，弯外侧轮转速增大，行星齿轮从头到达均衡状况。

　　加速器是一种能源通报机构，其道理是使用齿轮的速率更改器，将电念头的反转展转数加速到所须要的反转展转数，并获得较大转矩。加速器传动轴上的齿数少的小齿轮啮合输入轴上的大齿轮以到达加速的目标。通俗的加速器也会有几对沟通道理的齿轮啮合来到达幻想的加速结果，巨细齿轮的齿数之比，便是传动比。甲第圆柱齿轮加速器如图19所示。

　　行星齿轮加速器循名责实便是行星环绕恒星动弹，是以行星齿轮加速器便是行星轮环绕一个太阳轮扭转的加速器，此中一种情势的行星齿轮加速器，如图20所示。

　　以上举的例子是咱们十分熟习的，齿轮传动利用如斯之广，例子不计其数，不管是在天上遨游的飞机，在广漠的至公开行驶的种种汽车，在众多的大海中行驶的汽船，仍是在咱们的糊口中利用的机械都离不开齿轮，齿轮的用处真是太大了，那末齿轮是谁发现的呢？

　　齿轮的发现者现已无切当新闻，听说在古希腊期间就有了良多假想，古希腊闻名学者亚里士多德和阿基米德都研讨过齿轮。古希腊着名的发现家古蒂西比奥斯在圆板事情台边沿上平均地插上销子，使它与销轮啮合，他把这类机构利用到刻漏上，这约莫是公元前150年的事。在公元前100年，亚历山东大学的发现家赫伦发了然历程计，在历程计中也利用了齿轮。公元前1世纪，罗马的修建家维特鲁维亚斯建造的水车式制粉机也利用了齿轮传动装配，这是详细记录的开始的能源通报用齿轮。到14世纪，开端在钟表上利用齿轮。15世纪的大艺术家达·芬奇发现的很多呆板，也利用了齿轮。但阿谁期间的齿轮与销轮一律，齿与齿之间不克不及很好地啮合。末了，只可加大齿与齿之间的闲暇，而过大的空隙必定会发生败坏。

　　人类对齿轮的利用积厚流光，据多量的出土文物和史载，我国事全球利用齿轮开始的国度之一。1956年，在河北武安午汲古城遗迹中，发觉了直径约80妹妹的铁齿轮，经研讨肯定为战国末期到西汉（公元前3世纪~公元24年）间的成品；1954年，在山西永济县蘖家崖出土的器物中，有直径为25妹妹、40齿的青铜棘齿轮，经研讨肯定为秦朝至西汉初年（公元前221年～公元24年）间的遗物；1957年，陕西长安县红庆村出土了一双直径为24妹妹、齿数都为24的青铜人字齿轮，据剖析系东汉初年（公元1世纪）遗物。东汉南阳太守杜诗发现冶铸鼓风用的“水排”，如图21所示，其道理是在急流中置一木轮，尔后经过轮轴、拉杆等呆板传动装配把圆周活动酿成直线来去活动，以此到达起闭电扇鼓风的目标，此中利用了齿轮和连杆机构。东汉时， 张衡（公元78～139年）建造的水运浑象仪用精铜铸成，主体是一个球体模子，代表天球，球体能够绕天轴动弹，水运浑象仪道理如图22所示。公元220~230年三国时产生的记里鼓车，如图23所示，已有一套加速齿轮编制。马钧（公元235年）所制成的指南车，如图2⑷图25所示，除有齿轮传动外，再有聚散装配，申明齿轮系已成长到必定的水平。指南车的发现，标记着我国现代对齿轮编制的利用在其时全球居于遥遥赶上的职位，现实上，它是当代车辆上聚散器的前驱。（公元265~420年）晋代的杜预发现水轮启动的水转连磨，此中利用了齿轮系的道理，如图26所示。

　　史乘中对于齿轮传动的开始记录，是《新唐书·地理志》中僧一行、梁令瓒在唐开元13年（公元725年）建设的水运浑仪的描写。《新仪象法要》具体记录了苏颂、韩公廉等人于北宋元祐3年（公元1088年）建设的水运仪象台，该台范围庞大，已有了一套比力庞杂的齿轮传动编制，如图27所示。

　　北宋元祐元年（公元1086年），朝廷核准了苏颂建设水运仪象台的陈述，他向朝廷保举精晓数算和地理学的韩公廉等人配合研制。北宋元祐三年（公元1088年）5月，苏颂制我成全数仪器的小木样。

　　蒸汽机的呈现翻开了产业的浩繁篇章，人类从未如斯深入地觉得到人力的细微。呆板能源的庞大气力让咱们感应震动。能源的题目办理以后，呆板机构的计划日月牙异，齿轮也不破例。齿轮机构实际上是这样的一种通报能源机构，根本的用处在于改动活动的速率和标的目的。相对其余能源机构，齿轮传输的功率更大，平安性更高，利用寿命更长，是以齿轮在产业中获得普遍的利用。

　　初期齿轮其实不齿形和齿距的规格央浼，是以延续动弹的自动轮常常不克不及使从动轮延续动弹。为了使齿轮啮合得更切确，数学家们也加入了齿轮的研讨事情，但愿经过计较的方式获得齿轮的外形。

　　摆线世纪之前的齿轮，运行是不等速的。1674年，丹麦地理学家罗默提议用外摆线齿形能使齿轮等速活动的概念；1694年，法国粹者海尔在巴黎迷信院作了“摆线轮”的讲演，提议“外摆线齿形的齿轮与点齿轮或针齿轮啮适时是等角速率活动”的概念；1733年法国数学家卡米对钟表齿轮的齿形停止了研讨，提议了闻名的“啮合根本外貌定理”即“author定理”；1832年英国里德以为“某一给定齿数的齿轮，当它与差别齿数的齿轮啮适时，其齿形应是各不沟通的”，初次提议了交换性题目。19世纪中世，英国威利斯提议节圆外侧和内侧划分采取外摆线和内摆线的复合摆线齿形，摆线转动圆与齿数有关，这类齿形不论齿数几多都能准确啮合，是存在交换性的。未几，市道上出卖按照摆线齿形计划的成形铣刀，进而使摆线齿轮提高全天下。时于今日，固然渐开线齿轮占大多半，但摆线仍用作摆线针轮行星加速器中齿轮和罗茨轮等的齿形弧线，而钟表中的齿轮依然是复合摆线）是齿廓为种种摆线或其等距弧线的圆柱齿轮的统称。摆线齿轮的齿数很少，经常使用在仪器仪容中，较罕用作能源传动，其派生型—摆线）则利用较多。

　　用渐开线举动齿轮齿廓弧线，开始是法国粹者海尔于1694年在一次以“摆线论”为题的讲演中提议来的。1767年，瑞士数学家欧拉在不明了海尔和卡米的研讨功效的环境下，单独对齿廓停止领会析研讨，他以为把渐开线举动齿轮的齿廓弧线是符合的，故欧拉是渐开线齿廓的真实开辟者。厥后萨瓦里进一步美满了这一外貌剖析方式，成为此刻研讨齿廓时普遍采取的mathematician-Sadepart方程式。1837年，英国威利斯指出，傍边间距变革时，渐开线齿轮存在角速比稳定的长处，威利斯缔造了建设渐开线齿轮的纯粹方式。厥后渐开线齿轮的优胜性逐步为人们所熟悉，末了，在出产中，渐开线齿轮慢慢庖代了摆线齿轮，利用日益普遍。

　　1900年，普福特初创了全能滚齿机，用范成法切制齿轮占有压服性上风，渐开线齿轮在全天下逐步占管制职位。在齿轮的事情过程当中，两齿轮的啮合点随工夫变革也在变革，在这个变革中动弹间隔产生了变革，若是采取圆的弧线（不是渐开线，圆弧的），就会呈现刹时动弹速率的变革，发生速率的脉动性（刹时速率不等）米乐M6。而在职什么时候间采取渐开线齿轮，齿轮速率是匀速的，不脉动性。

　　当代利用的齿轮中，渐开线齿轮占绝大多半，而摆线齿轮和圆弧齿轮利用较少。渐开线为圆柱齿轮传动和锥齿轮传动。渐开线是一个数学观点，其界说为：将一个圆轴流动在一个立体上，轴上缠线，拉紧一个线头，让该线绕圆轴活动且一贯与圆轴相切，那末线上的一个定点在该立体上的轨迹便是渐开线。齿轮的齿形由渐开线和过度线构成时，该齿轮便是渐开线齿轮。

　　渐开线齿轮的特性：标的目的稳定，若齿轮通报的力矩恒定，则轮齿之间、轴与轴承之间压力的巨细和标的目的均稳定。

　　齿廓为圆弧形的点啮合齿轮传动，凡是有两种啮合情势：一是小齿轮为凸圆弧齿廓，大齿轮为凹圆弧齿廓，称单圆弧齿轮传动。二是大、小齿轮在各自的节圆之外部门都做成凸圆弧齿廓，在节圆之内的部门都做成凹圆弧齿廓，称为双圆弧齿轮传动。

　　全部20世纪，渐开线齿轮在呆板传动装配中占有管制职位。1907年，英国人弗兰克·哈姆·菲利斯开始宣布了圆弧齿形。20世纪50年月，呈现了点啮合的圆弧齿轮，首要合用于高速重载场所。摆线齿轮除在钟表方面陆续采取外，在摆线针轮行星加速器方面也获得了新的停顿。为了满意产业成长的央浼，今朝又呈现了阿基米德螺旋线齿轮、抛物线齿轮、准双曲面齿轮、椭圆齿轮、归纳弧线齿轮、知名弧线齿轮等，而渐开线齿轮自己亦在不停地改良（如变位、修缘、修形等）。悉数这些齿形，为了顺应种种不一样的央浼，亦在不停地改良，而新的齿形亦在不停地发生。种种齿形共存，并彼此渗入，有朝一日，有大概会呈现一种能顺应种种差别央浼、吸收种种齿形长处的新式齿形。人类在几千年的出产劳作过程当中堆集了富厚的经历，发了然齿轮，大大晋升了出产力。现代所利用的原始齿轮装配中所见的齿轮，都是木匠手工建设的，齿形和齿距都未思索。到了中叶纪，跟着水力、风力、畜力的使用，呈现了通报力相称大的齿轮。18世纪之前，虽不外貌上的准确齿形，但已能思索齿距，凭经历建设出能准确通报扭转活动的齿轮。到了18世纪，跟着以蒸汽机的发现为标记的产业的到来，迷信引颈使齿轮手艺获得了高速成长。