齿轮材料发展史

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1、齿轮发展史齿轮作为各种机械传动设备中的重要装置，具有传动平稳，承载能力强等优点，有着广泛的应用范围与前景。采用适当的材料制作齿轮及对其进行止确的热处理，可大大提高齿传动的可靠性，延长齿轮寿命。木文论述了常用齿轮材料的种类、特点以及齿轮材料的发展。据史料记载，远在公元前400-200年的小国古代就巳开始使用齿轮，在我国山西出土的青铜齿轮是迄今巳发现的最古老齿轮，作为反映古代科学技术成就的指南车就是以齿轮机构为核心的机械装置。17世纪末，人们才开始研究，能止确传递运动的轮齿形状。18世纪，欧洲工业革命以后，齿轮传动的应用口益广泛；先是发展摆线

2、齿轮，而后是渐开线齿轮，一直到20世纪初，渐开线齿轮已在应用中占了优势。早在1694年，法国学者PhilippeDeLaHire首先提出渐开线可作为齿形曲线。1733年，法国人M.Camus提出轮齿接触点的公法线必须通过中心连线上的节点。一条辅助瞬心线分别沿大轮和小轮的瞬心线（节圆）纯滚动时，与辅助瞬心线固联的辅助齿形在大轮和小轮上所包络形成的两齿廓曲线是彼此共轨的，这就是Camus定理。它考虑了两齿面的啮合状态；明确建立了现代关于接触点轨迹的概念。1765年，瑞士的L.Euler提出渐开线齿形解析研究的数学基础，阐明了相啮合的一对齿轮，

3、其齿形曲线的曲率半径和曲率中心位置的关系。后來，Savary进一步完成这一方法，成为现在的Eu-let-Savary方程。对渐开线齿形应用作出贡献的是RoteftWUlls,他提出中心距变化时，渐开线齿轮具有角速比不变的优点。1873年，徳国工程师Hoppe提出，对不同齿数的齿轮在压力角改变时的渐开线齿形，从而奠定了现代变位19世纪末，展成切齿法的原理及利用此原理切齿的专用机床与刀具的相继出现，使齿轮加工具军较完备的手段后，渐开线齿形更显示出巨大的优走性。切齿时只耍将切齿工具从正常的啮合位置稍加移动，就能用标准刀具在机床上切出相应的变位齿

4、轮。1908年，瑞士MAAG研究了变位方法并制造出展，后来，英国BSS、美国AGMA、德国DIN相继对齿轮变位提出了多种计算方法。为了提高动力传动齿轮的使用寿命并减小其尺寸，除从材料，热处理及结构等方面改进外，圆弧齿形的齿轮获得了发展。1907年，英国人FrankHumphris最早发表了圆弧齿形。1926年，瑞土人EruestWildhaber取得法面圆弧齿形斜齿轮的专利权。1955年，苏联的M・L.Novikov完成了圆弧齿形齿轮的实用研究并获得列宁勋章。1970年，英国Rolh—Royce公司工程师R・M.Studer取得了双圆弧齿

5、轮的美国专利。这种齿轮现已H益为人们所重视，在生产屮发挥了显著效益。随着生产的发展，齿轮运转的平稳性受到重视。1674年丹麦天文学家罗默首次提出用外摆线作齿廓曲线，以得到运转平稳的齿轮。18世纪工业革命时期，齿轮技术得到高速发展，人们对齿轮进行了大量的研究。1733年法国数学家卡米发表了齿廓啮合基本定律；1765年瑞士数学家欧拉建议采用渐开线作齿廓曲线。19世纪出现的滚齿机和插齿机，解决了大量生产高精度齿轮的问题。1900年，普福特为滚齿机装上差动装置，能在滚齿机上加工出斜齿轮，从此滚齿机滚切齿轮得到普及，展成法加工齿轮占了压倒优势，渐开

6、线齿轮成为应用最广的齿轮。1899年，拉舍最先实施了变位齿轮的方案。变位齿轮不仅能避免轮齿根切，述可以凑配中心距和捉高齿轮的承载能力。1923年美国怀尔徳哈伯最先提岀圆弧齿廓的齿轮，1955年苏诺维科夫对圆弧齿轮进行了深入的研究，圆弧齿轮遂得以应用于生产。这种齿轮的承载能力和效率都较高，但尚不及渐开线齿轮那样易于制造，还有待进一步改进。齿轮的齿面应具有较高的耐磨损、抗点蚀、抗胶合及抗塑性变形的能力，而齿根要冇较高的抗折断的能力。常用的齿轮材料是钢、铸铁和非金属材料。1、锻钢钢材的韧性好，耐冲击，还可以通过热处理或化学热处理改善其力学性能及

7、提高齿面硕度，故最适应于用来制造齿轮。除尺寸过大（da>400〜600mm）或者是结构形状复杂只宜铸造者外，一般都用锻钢制造齿轮，常用的是含碳量在（0.15〜0.6）%的碳钢或合金钢。2、铸钢铸钢的耐磨性及强度均较好，但应经退火及正火处理，必要时也可进行调质。铸钢常用于尺寸较大的齿轮。3、铸铁灰铸铁性质较脆，抗冲击及耐磨性都较差，但抗胶合及抗点蚀的能力较好。灰铸铁齿轮常用于工作平稳、速度较低、功率不大的场合。4.非金属材料对高速轻载及精度不高的齿轮传动，为了降低噪声，常用非金属材料（如夹布胶木、尼龙等）做小齿轮，大齿轮仍用钢或铸铁制造。为

8、使犬齿轮具有足够的抗磨损及抗点蚀的能力，齿面的硬度应为250〜350HBS。材料制造齿轮常用的钢有调质钢、淬火钢、渗碳淬火钢和渗氮钢。铸钢的强度比锻钢稍低，常用于尺寸较大的齿轮；灰铸铁的机械性