從手表到汽輪機(jī)，大大小小各種各樣的齒輪，作為傳達(dá)動(dòng)力時(shí)的機(jī)械部件被廣泛地應(yīng)用在各種產(chǎn)品里。

齒輪以及齒輪組件的產(chǎn)品在全世界的規(guī)模據(jù)說已經(jīng)達(dá)到了萬億元，伴隨著工業(yè)的發(fā)展預(yù)測(cè)今后仍將得到快速的發(fā)展。

齒輪簡(jiǎn)史

要說起齒輪的歷史據(jù)說可以追溯到公元前，對(duì)于現(xiàn)存的世界最老的齒輪之一可以說應(yīng)該是被稱為“安提基特拉機(jī)械”的古希臘時(shí)代安裝于機(jī)器里的齒輪。

安提基特拉機(jī)械——古代天文計(jì)算器

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同時(shí)，在齒輪的歷史上，據(jù)說為我們留下了最偉大成果的應(yīng)該是列奧納多·達(dá)·芬奇，通過他的研究，在15世紀(jì)后半葉使得齒輪獲得了巨大的進(jìn)步，可以說現(xiàn)在所使用的齒輪形狀的基礎(chǔ)就是在那個(gè)年代固定下來的。

達(dá)芬奇齒輪手稿

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在18世紀(jì)后半葉的產(chǎn)業(yè)革命時(shí)期里，高效率的切齒機(jī)相繼開發(fā)出來使得齒輪的批量化生產(chǎn)成為可能，齒輪在所有制造行業(yè)里獲得了廣泛的應(yīng)用。齒輪在隨后相繼而出的日新月異的制造行業(yè)里提供支持，扮演著工業(yè)振興的象征性的角色，現(xiàn)在許多國(guó)家在設(shè)計(jì)貨幣或國(guó)徽時(shí)也會(huì)采用齒輪。

舊版10瑞士法郎紙幣

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在今天作為具有代表性的動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，除了齒輪以外還可以列出變矩器和皮帶、鏈條方式等等，但是在傳達(dá)效率和負(fù)荷容量、壽命方面來看齒輪的優(yōu)越性還是大家認(rèn)可的。在日本，于2016年開發(fā)出來了可以將生產(chǎn)效益提高到10倍的新形狀的傘齒輪“ip(漸開線·整平機(jī))傘齒輪”，在世界上引起了極大的關(guān)注。還有，使用了cfrp(碳素纖維強(qiáng)化塑料)的齒輪的批量化生產(chǎn)研究也在進(jìn)行，可以期待今后會(huì)有更進(jìn)一步的前進(jìn)。

ip(漸開線·整平機(jī))傘齒輪

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cfrp(碳素纖維強(qiáng)化塑料)齒輪

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齒輪的作用和種類

在齒輪的作用中，除了將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以平行方式進(jìn)行傳達(dá)以外，還能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換成直線運(yùn)動(dòng)，能夠通過將擁有不同轉(zhuǎn)動(dòng)軸的齒輪進(jìn)行組合，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)方向進(jìn)行變換，通過將大小不同的齒輪進(jìn)行組合，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行變換等。為了達(dá)到以上目的，正齒輪、齒條、渦輪、傘齒輪等各種各樣的齒輪被開發(fā)了出來。

將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平行地進(jìn)行傳遞

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將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)

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通過擁有不同傳動(dòng)軸的齒輪組合來改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向

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通過齒輪的組合對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行改變

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除此之外，在各種不同的齒輪軸向形狀(齒的較長(zhǎng)方向的形狀)里，有垂直的(直齒)，有斜的(螺旋齒)，有彎的(螺旋齒)等，如果把這些也考慮在內(nèi)，對(duì)齒輪進(jìn)行分類的話，齒輪的種類可以達(dá)到十幾種。

螺旋齒的齒向形狀

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在齒輪的齒形(齒的斷面形狀)里，“漸開線齒形”和“次擺線齒形”已經(jīng)成為主流。特別是漸開線齒形，可以獲得順暢的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另外由于切齒加工比較簡(jiǎn)單，所以在各產(chǎn)業(yè)里得到了廣泛的使用。

漸開線齒形

(咬合齒的接觸點(diǎn)總在某條直線上移動(dòng))

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齒輪的常規(guī)材質(zhì)有碳素鋼(s45c)和不銹鋼(sus303)等，不過除了這些以外，為了能讓齒輪輕量化，還使用了工程塑料(mc901)，為了提高齒輪咬合時(shí)的安靜性也使用了球墨鑄鐵(fcd)，為了提高強(qiáng)度也使用淬火鋼等等。

就這樣，從種類、形狀、材料等來看，分類豐富的齒輪在全世界的工業(yè)產(chǎn)品里得到了廣泛的使用。

組合在各種各樣的工業(yè)產(chǎn)品里的齒輪

說起將齒輪組裝進(jìn)去后我們身邊最常用的工業(yè)產(chǎn)品，可以舉出手表和相機(jī)等等，幅度不到1毫米的小小的齒輪，使用在手表的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)或相機(jī)的焦距調(diào)整機(jī)構(gòu)里?，F(xiàn)在，達(dá)到微米程度的極小齒輪的開發(fā)也在進(jìn)行中，將來在被稱為微型機(jī)器等的發(fā)展里也會(huì)有齒輪的貢獻(xiàn)。

另外，鐵路和船舶、、制鐵、能源等等這些被稱為重工業(yè)的領(lǐng)域里，大大小小的各種各樣的齒輪在進(jìn)行組合后產(chǎn)生出來的齒輪箱也會(huì)在多種場(chǎng)合下得到應(yīng)用。所謂齒輪箱，就是減少動(dòng)力的轉(zhuǎn)速以獲得扭矩，或者反過來是增加動(dòng)力的轉(zhuǎn)速的傳達(dá)機(jī)構(gòu)的總稱，比如說，使用于鐵路車輛上的車輪驅(qū)動(dòng)部分，和風(fēng)力、火力發(fā)電等使用的渦輪發(fā)電機(jī)上。

還有，近年來在飛機(jī)產(chǎn)業(yè)里，內(nèi)置齒輪箱的gtf(gearedturbofanengine)已經(jīng)實(shí)用化了，得到了大家極大的關(guān)注。gtf，可以通過齒輪箱的作用讓渦輪和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速達(dá)到最佳化，是一種可以達(dá)到低燃料和安靜性的發(fā)動(dòng)機(jī)。現(xiàn)在中小型飛機(jī)上的使用已經(jīng)規(guī)范化，將來隨著齒輪箱輕量化問題的解決，應(yīng)該是可以推廣到大型旅客機(jī)上去的。

安裝于各種各樣工業(yè)產(chǎn)品里的齒輪，作為機(jī)械進(jìn)步的幕后功臣，也在不斷豐富著我們的社會(huì)生活。

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