齿轮是应用最广泛的传动构件之一,几乎所有的近代机械中都或多或少地采用了齿轮传动,从计时的钟表到大型的起重机、火车、汽车、飞机、轮船、拖拉机、工厂中的机床等,到处都有齿轮在发挥作用,齿轮的发展大致经历了五个主要阶段。
一、拔挂齿轮阶段
人类使用齿轮的年代可以追溯到公元前四百年。我国汉朝已有金属铸造的齿轮,如西汉初年的齿轮和东汉初年的人字齿轮。三国时,魏人马钧创造出“指南车”,其中采用了比较复杂的齿轮系统,大小齿轮有9个之多。所谓“指南车”,车上立一木人,始终手指南方,不管车身如何改变方向,车上的木人始终手指南方,这样“指南车”就能起到指示方向的作用。
到晋朝,我国又发明了“记里鼓车”,车上有两个木人,车每行一里,其中一个木人击鼓一次,车每行十里,另一木人击镯一次,因其击鼓,击镯报告车行的里数,故而得名“记里鼓车”。其中大小齿轮8个,正是巧妙地应用了齿轮系统,记里鼓车才具有自动击鼓报告行程的功能。
在国外,古希腊哲学家亚里士多德在其著作中曾提到用青铜或铸铁造的齿轮,古希腊著名学者阿基米德还专门记载了蜗杆传动的卷扬机,古代埃及曾制作了打水的齿轮装置。
不论是中国的“指南车”、“记里鼓车”,还是其他国家早期应用的齿轮装置,从齿轮的齿形来看,它们都是十分原始的,这些齿形没有什么科学上的讲究,甚至齿与齿之间的间隔都不一样,这是齿轮发展的第一阶段,即拔挂齿轮阶段。
二、等齿距齿轮阶段
这一阶段的齿轮已经考虑齿距问题,齿与齿之间的距离,凭经验可以做得彼此相等,这样就避免了第一阶段齿轮由于齿距不等而引起的空转,它可以正确地传递旋转运动,但仍不是等速回转。这种齿形,如月桂树叶式近似圆弧齿形等,仍然没有任何理论上的指导,而是凭经验制作的。
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