齿轮技术的创新和发展趋势

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1、齿轮技术的创新和发展趋势【摘要】最早的齿轮是怎样发明出来的？它源于何方？用于何处？一一这是近百年来人们在探索的一个谜。两千年前，在中国、印度、希腊、罗马、埃及出土和出水的铸铁齿轮与青铜齿轮似乎解开了这个谜。其实不然，它们只是第2代齿轮。第1代齿轮是木制齿轮。它源于四千年前，各文明古国发明水力机械中伴生。这是由于这些文明古国聚居大河与海湾,与水有“缘分”所致。第2代齿轮的辉煌点表现在公元前200年中国的发明一一指南车上。它在世界上第一次发明了差动机构，第一次实现半自动控制机构，第一次出现有走向功能的机器人。1800年工业革命带来了笫3代齿轮，其特征是用直刃刀具成批生产

2、渐开线的钢制齿轮形成了现代齿轮的技术平台。进入21世纪，以高强度复合材料代替资源匮乏的钢材，标志着新一代（第4代）齿轮的到来，它将与知识经济共存。未来50年齿轮创新的趋势，是追求小化、净化、静化，高可靠性、高强度、高转速和低材耗、低能耗、低重量。【关键词】齿轮；创新；发展趋势1、第1代齿轮发明寻源1.1考古寻源这是近百年來人们在探索的一个难解之谜。按常规的“考古”线索，应从“考古”着手，从出土文物屮找答案。由于先后从古希腊、罗马、埃及、印度和屮国都有出土的青铜齿轮或铸铁齿轮出现uJ,如图1,于是有齿轮源于欧洲的“欧源”说，和类似的“非源”说与“亚源”说，各自找到物证

3、来支持。莫衷一是。1.2考古求同如果我们用求同存异的思维来看，有三个共同特点：早就会使用石和木、竹做工具和器械。可见，用青铜、铸铁做的齿轮是“第2代齿轮”，“第1代齿轮”应是木制为主的齿轮。a・都在同一时代一一大约两千年前；b.都在亚、欧、非的文明古国出现;c.都是用青铜或铸铁材料制成。这三点，与当时的历史背景一一奴隶社会后期先后发明的青铜和铸铁冶炼技术的生产力相适应。1.3上溯一一第1代齿轮发明的背景一一自然环境及英变迁1.3.1自然环境及其变迁远古人类的生产力低下，抗自然灾害的能力很低。那时文明的兴衰，在很大程度上被自然界环境的变化所左右。因此，探索远古文明，可

4、以由另一条思路一一自然界环境及其变迁去探索。据勘探和记载，地球大气温湿起来，意味着产生绿洲,人类文明就兴盛；地球冷干，意味着荒凉和沙漠，人类文明就衰落。五千年前，大气由温湿转向干燥，人类更加密集地聚居在大河流域和海湾地带。世界五大文明古国也于那时形成：黄河一一中国；恒河一一印度；地中海一一希腊、罗马；尼罗河一一埃及。1.3.2传文各文明古国都有古代创造水车的记载。开发和利用，也是一个发展过程，它也反映了人类文明的进步。远古时代，由于技术落后，只好利用自中国记载：西晋初年王祯写的《农书》记有杜预发明的“水车连磨”。一水车可带2〜9个磨，一然力一一水力和风力作为动力，而

5、蒸汽机、电力和原子能……都是后来文明进步的产物。聚居在大河流域和海湾地带的各文明古国的人昼夜可灌田数亩。可见，在公元250年，中国水车磨不但己发展到大型、连动、高效阶段，而且发明了水车磨与汲水车综合两用的新技术。们，自然想到要利用水力一一于是发明了水车。用水车来脱壳、磨粉。各文明古国儿乎在同时代各自独立地发明了水车。这是由于在相似地理与文化条件下，各自涌现出能工巧匠们的必然产物。1.4下延一一找寻第2代齿轮在现代遗留的踪迹1.4.1传物后代人仍沿袭第1代水车磨的基型继续制造木制水车磨，在偏僻乡村的河边，至今仍能看到这种水车为人们工作着。在深圳“锦绣中华”和“民俗文化

6、村”的门前,立下这种水车磨模型。它展示了聪明的劳动人民利用水力创造第1代新的线索是“技术进步的继承性”一一包插上溯和下延。上溯是指从第2代齿轮的发源地，即文明古国屮上溯第1代齿轮发明的背景；下延是在第2代齿轮之后找寻第1代遗留下来的踪迹。锥齿轮传动的水车磨为人类造福的伟绩，见图2。第2代齿轮一一上下两千年从公元前200年到公元1800年，随着人类生述笫2代齿轮出现的多源说一致。利用水作动力來工作，是技术进步的一大发明。利用水流的位能，造成立式水车。但磨盘不能立放，磨盘是垂直轴，水轮是水平轴，两者怎样联系传动？于是传递轴承线垂直或斜交的两轴间的运动和动力的齿轮副出现，

7、其示意图见图2,这是锥齿轮的“祖先”。人类就是在造水车的过程屮，发明了齿轮。至少，这是人类第1代齿轮发明中的一种发明实例。这种发产力的发展和冶炼技术的开发，用铜和铸铁制造的耐用性好得多、承载能力大得多的齿轮，成为第2代齿轮，逐渐取代木制的第1代齿轮。2.1第2代锥齿轮的主要特点a・齿轮材料青铜与铸铁，由于矿源关系，后一千多年用铸铁齿轮；b.动力来源主；c・齿轮形状和传动品质齿廓有圆弧形、尖水力、畜力、风力，以水力为明实例在同一吋代生产力的远古文明古国中，同吋期出现。角形、梯形;半拨动半啮合状态的垂直轴传动，其万方数据第3期梁桂明：齿轮技术的创新和发展趋势3传动效