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        齒輪發展史,我國古代就開始使用齒輪了,還在山西!

        時間 :2021-02-25 作者 : 來源: 瀏覽 : 分類 :行業動態
        遠在公元前400~200年的中國古代就巳開始使用齒輪,在我國山西出土的青銅齒輪是迄今巳發現的最古老齒輪,作為反映古代科學技術成就的指南車就是以齒輪機構為核心的機械裝置。

            據史料記載,遠在公元前400~200年的中國古代就巳開始使用齒輪,在我國山西出土的青銅齒輪是迄今巳發現的最古老齒輪,作為反映古代科學技術成就的指南車就是以齒輪機構為核心的機械裝置。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,歐洲工業革命以后,齒輪傳動的應用日益廣泛;先是發展擺線齒輪,而后是漸開線齒輪,一直到20世紀初,漸開線齒輪已在應用中占了優勢。


            早在1694年,法國學者PhilippeDeLaHire首先提出漸開線可作為齒形曲線。1733年,法國人M.Camus提出輪齒接觸點的公法線必須通過中心連線上的節點。一條輔助瞬心線分別沿大輪和小輪的瞬心線(節圓)純滾動時,與輔助瞬心線固聯的輔助齒形在大輪和小輪上所包絡形成的兩齒廓曲線是彼此共軛的,這就是Camus定理。它考慮了兩齒面的嚙合狀態;明確建立了現代關于接觸點軌跡的


            1765年,瑞士的L.Euler提出漸開線齒形解析研究的數學基礎,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系。后來,Savary進一步完成這一方法,成為現在的Eu-let-Savary方程。對漸開線齒形應用作出貢獻的是RoteftWUlls,他提出中心距變化時,漸開線齒輪具有角速比不變的優點。1873年,德國工程師Hoppe提出,對不同齒數的齒輪在壓力角改變時的漸開線齒形,從而奠定了現代變位齒輪的思想基礎。


            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,使齒輪加工具軍較完備的手段后,漸開線齒形更顯示出巨大的優走性。切齒時只要將切齒工具從正常的嚙合位置稍加移動,就能用標準刀具在機床上切出相應的變位齒輪。1908年,瑞士MAAG研究了變位方法并制造出展成加工插齒機,后來,英國BSS、美國AGMA、德國DIN相繼對齒輪變位提出了多種計算方法。為了提高動力傳動齒輪的使用壽命并減小其尺寸,除從材料,熱處理及結構等方面改進外,圓弧齒形的齒輪獲得了發展。1907年,英國人FrankHumphris最早發表了圓弧齒形。1926年,瑞土人EruestWildhaber取得法面圓弧齒形斜齒輪的專利權。1955年,蘇聯的M.L.Novikov完成了圓弧齒形齒輪的實用研究并獲得列寧勛章。1970年,英國Rolh—Royce公司工程師R.M.Studer取得了雙圓弧齒輪的美國專利。這種齒輪現已日益為人們所重視,在生產中發揮了顯著效益。


            齒輪是能互相嚙合的有齒的機械零件,它在機械傳動及整個機械領域中的應用極其廣泛?,F代齒輪技術已達到:齒輪模數O.004~100毫米;齒輪直徑由1毫米~150米;傳遞功率可達十萬千瓦;轉速可達十萬轉/分;最高的圓周速度達300米/秒。


            齒輪在傳動中的應用很早就出現了。公元前三百多年,古希臘哲學家亞里士多德在《機械問題》中,就闡述了用青銅或鑄鐵齒輪傳遞旋轉運動的問題。中國古代發明的指南車中已應用了整套的輪系。不過,古代的齒輪是用木料制造或用金屬鑄成的,只能傳遞軸間的回轉運動,不能保證傳動的平穩性,齒輪的承載能力也很小。


            隨著生產的發展,齒輪運轉的平穩性受到重視。1674年丹麥天文學家羅默首次提出用外擺線作齒廓曲線,以得到運轉平穩的齒輪。


            18世紀工業革命時期,齒輪技術得到高速發展,人們對齒輪進行了大量的研究。1733年法國數學家卡米發表了齒廓嚙合基本定律;1765年瑞士數學家歐拉建議采用漸開線作齒廓曲線。


            19世紀出現的滾齒機和插齒機,解決了大量生產高精度齒輪的問題。1900年,普福特為滾齒機裝上差動裝置,能在滾齒機上加工出斜齒輪,從此滾齒機滾切齒輪得到普及,展成法加工齒輪占了壓倒優勢,漸開線齒輪成為應用最廣的齒輪。1899年,拉舍最先實施了變位齒輪的方案。變位齒輪不僅能避免輪齒根切,還可以湊配中心距和提高齒輪的承載能力。1923年美國懷爾德哈伯最先提出圓弧齒廓的齒輪,1955年蘇諾維科夫對圓弧齒輪進行了深入的研究,圓弧齒輪遂得以應用于生產。這種齒輪的承載能力和效率都較高,但尚不及漸開線齒輪那樣易于制造,還有待進一步改進。


            齒輪的組成結構一般有輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓、基圓、分度圓。


            輪齒簡稱齒,是齒輪上每一個用于嚙合的凸起部分,這些凸起部分一般呈輻射狀排列,配對齒輪上的輪齒互相接觸,可使齒輪持續嚙合運轉;齒槽是齒輪上兩相鄰輪齒之間的空間;端面是圓柱齒輪或圓柱蝸桿上,垂直于齒輪或蝸桿軸線的平面;法面指的是垂直于輪齒齒線的平面;齒頂圓是指齒頂端所在的圓;齒根圓是指槽底所在的圓;基圓是形成漸開線的發生線作純滾動的圓;分度圓是在端面內計算齒輪幾何尺寸的基準圓。


            齒輪可按齒形、齒輪外形、齒線形狀、輪齒所在的表面和制造方法等分類。齒輪的齒形包括齒廓曲線、壓力角、齒高和變位。漸開線齒輪比較容易制造,因此現代使用的齒輪中,漸開線齒輪占絕對多數,而擺線齒輪和圓弧齒輪應用較少。


            在壓力角方面,小壓力角齒輪的承載能力較??;而大壓力角齒輪,雖然承載能力較高,但在傳遞轉矩相同的情況下軸承的負荷增大,因此僅用于特殊情況。而齒輪的齒高已標準化,一般均采用標準齒高。變位齒輪的優點較多,已遍及各類機械設備中。


            另外,齒輪還可按其外形分為圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸桿蝸輪;按齒線形狀分為直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、曲線齒輪;按輪齒所在的表面分為外齒輪、內齒輪;按制造方法可分為鑄造齒輪、切制齒輪、軋制齒輪、燒結齒輪等。


            齒輪的制造材料和熱處理過程對齒輪的承載能力和尺寸重量有很大的影響。20世紀50年代前,齒輪多用碳鋼,60年代改用合金鋼,而70年代多用表面硬化鋼。按硬度,齒面可區分為軟齒面和硬齒面兩種。


            軟齒面的齒輪承載能力較低,但制造比較容易,跑合性好,多用于傳動尺寸和重量無嚴格限制,以及小量生產的一般機械中。因為配對的齒輪中,小輪負擔較重,因此為使大小齒輪工作壽命大致相等,小輪齒面硬度一般要比大輪的高。硬齒面齒輪的承載能力高,它是在齒輪精切之后,再進行淬火、表面淬火或滲碳淬火處理,以提高硬度。但在熱處理中,齒輪不可避免地會產生變形,因此在熱處理之后須進行磨削、研磨或精切,以消除因變形產生的誤差,提高齒輪的精度。


            制造齒輪常用的鋼有調質鋼、淬火鋼、滲碳淬火鋼和滲氮鋼。鑄鋼的強度比鍛鋼稍低,常用于尺寸較大的齒輪;灰鑄鐵的機械性能較差,可用于輕載的開式齒輪傳動中;球墨鑄鐵可部分地代替鋼制造齒輪;塑料齒輪多用于輕載和要求噪聲低的地方,與其配對的齒輪一般用導熱性好的鋼齒輪。


            未來齒輪正向重載、高速、高精度和高效率等方向發展,并力求尺寸小、重量輕、壽命長和經濟可靠。


            而齒輪理論和制造工藝的發展將是進一步研究輪齒損傷的機理,這是建立可靠的強度計算方法的依據,是提高齒輪承載能力,延長齒輪壽命的理論基礎;發展以圓弧齒廓為代表的新齒形;研究新型的齒輪材料和制造齒輪的新工藝;研究齒輪的彈性變形、制造和安裝誤差以及溫度場的分布,進行輪齒修形,以改善齒輪運轉的平穩性,并在滿載時增大輪齒的接觸面積,從而提高齒輪的承載能力。摩擦、潤滑理論和潤滑技術是齒輪研究中的基礎性工作,研究彈性流體動壓潤滑理論,推廣采用合成潤滑油和在油中適當地加入極壓添加劑,不僅可提高齒面的承載能力,而且也能提高傳動效率。[編輯本段]中國齒輪工業的發展中國齒輪工業在“十五”期間得到了快速發展:2005年齒輪行業的年產值由2000年的240億元增加到683億元,年復合增長率23.27%,已成為中國機械基礎件中規模最大的行業。就市場需求與生產規模而言,中國齒輪行業在全球排名已超過意大利,居世界第四位。


            2006年,中國全部齒輪、傳動和驅動部件制造企業實現累計工業總產值102628183千元,比上年同期增長24.15%;實現累計產品銷售收入98238240千元,比上年同期增長24.37%;實現累計利潤總額5665210千元,比上年同期增長26.85%。


            2007年1-12月,中國全部齒輪、傳動和驅動部件制造企業實現累計工業總產值136542841千元,比上年同期增長30.96%;2008年1-10月,中國全部齒輪、傳動和驅動部件制造企業實現累計工業總產值144529138千元,比上年同期增長32.92%。


            中國齒輪制造業與發達國家相比還存在自主創新能力不足、新品開發慢、市場競爭無序、企業管理薄弱、信息化程度低、從業人員綜合素質有待提高等問題?,F階段齒輪行業應通過市場競爭與整合,提高行業集中度,形成一批擁有幾十億元、5億元、1億元資產的大、中、小規模企業;通過自主知識產權產品設計開發,形成一批車輛傳動系(變速箱、驅動橋總成)牽頭企業,用牽頭企業的配套能力整合齒輪行業的能力與資源;實現專業化、網絡化配套,形成大批有特色的工藝、有特色的產品和有快速反應能力的名牌企業;通過技改,實現現代化齒輪制造企業轉型。


            “十一五”末期,中國齒輪制造業年銷售額可達到1300億元,人均銷售額上升到65萬元/年,在世界行業排名中達到世界第二。2006-2010年將新增設備10萬臺,即每年用于新增設備投資約60億元,新購機床2萬臺,每臺平均單價30萬元。到2010年,中國齒輪制造業應有各類機床總數約40萬臺,其中數控機床10萬臺,數控化率25%(高于機械制造全行業平均值17%)。[編輯本段]齒輪機構的類型以傳動比分類


            定傳動比——圓形齒輪機構(圓柱、圓錐)變傳動比——非圓齒輪機構(橢圓齒輪)以輪軸相對位置分類平面齒輪機構直齒圓柱齒輪傳動外嚙合齒輪傳動內嚙合齒輪傳動齒輪齒條傳動斜齒圓柱齒輪傳動人字齒輪傳動空間齒輪機構圓錐齒輪傳動交錯軸斜齒輪傳動蝸輪蝸桿傳動齒輪的工藝:錐形齒輪毛坯半制品齒輪螺旋齒輪內齒輪直齒輪


            蝸輪蝸桿[編輯本段]斜齒圓柱齒輪主要參數螺旋角:β>0為左旋,反之為右旋


            齒距:pn=ptcosβ,下標n和t分別表示法向和端面


            模數:mn=mtcosβ齒寬:


            分度圓直徑:d=mtz中心距:a=1/2*m(z1+z2)正確嚙合條件:m1=m2,α1=α2,β1=?β2重合度:當量齒數:


            齒輪振動的簡易診斷方法


            進行簡易診斷的目的是迅速判斷齒輪是否處于正常工作狀態,對處于異常工作狀態的齒輪進一步進行精密診斷分析或采取其他措施。當然,在許多情況下,根據對振動的簡單分析,也可診斷出一些明顯的故障。


            齒輪的簡易診斷包括噪聲診斷法、振平診斷法以及沖擊脈沖(SPM)診斷法等,最常用的是振平診斷法。


            振平診斷法是利用齒輪的振動強度來判別齒輪是否處于正常工作狀態的診斷方法。根據判定指標和標準不同,又可以分為絕對值判定法和相對值判定法。1.絕對值判定法


            絕對值判定法是利用在齒輪箱上同一測點部位測得的振幅值直接作為評價運行狀態的指標。


            用絕對值判定法進行齒輪狀態識別,必須根據不同的齒輪箱,不同的使用要求制定相應的判定標準。


            制定齒輪絕對值判定標準的主要依據如下:


            1)對異常振動現象的理論研究;(2)根據實驗對振動現象所做的分析;(3)對測得數據的統計評價;(4)參考國內外的有關標準。


            實際上,并不存在可適用于一切齒輪的絕對值判定標準,當齒輪的大小、類型等不同時,其判定標準自然也就不同。


            按一個測定參數對寬帶的振動做出判斷時,標準值一定要依頻率而改變。頻率在1kHz以下,振動按速度來判定;頻率在1kHz以上,振動按加速度來判定。實際的標準還要根據具體情況而定。


            2.相時值判定法


            在實際應用中,對于尚未制定出絕對值判定標準的齒輪,可以充分利用現場測量的數據進行統計平均,制定適當的相對判定標準,采用這種標準進行判定稱為相對值判定法。


            相對判定標準要求將在齒輪箱同一部位測點在不同時刻測得的振幅與正常狀態下的振幅相比較,當測量值和正常值相比達到一定程度時,判定為某一狀態。比如,相對值判定標準規定實際值達到正常值的1.6~2


            倍時要引起注意,達到2.56~4倍時則表示危險等。至于具體使用時是按照1.6倍進行分級還是按照2倍進行分級,則視齒輪箱的使用要求而定,比較粗糙的設備(例如礦山機械)一般使用倍數較高的分級。


            實際中,為了達到最佳效果,可以同時采用上述兩種方法,以便對比比較,全面評價。


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