17世紀(jì)末,人們才開(kāi)始研究,能正確傳遞運(yùn)動(dòng)的輪齒形狀。18世紀(jì),歐洲工業(yè)革命以后,齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用日益廣泛;先是發(fā)展擺線齒輪,而后是漸開(kāi)線齒輪,一直到20世紀(jì)初,漸開(kāi)線齒輪已在應(yīng)用中占了優(yōu)勢(shì)。
早在1694年,法國(guó)學(xué)者Philippe De La Hire首先提出漸開(kāi)線可作為齒形曲線。1733年,法國(guó)人M.Camus提出輪齒接觸點(diǎn)的公法線必須通過(guò)中心連線上的節(jié)點(diǎn)。一條輔助瞬心線分別沿大輪和小輪的瞬心線(節(jié)圓)純滾動(dòng)時(shí),與輔助瞬心線固聯(lián)的輔助齒形在大輪和小輪上所包絡(luò)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(tài);明確建立了現(xiàn)代關(guān)于接觸點(diǎn)軌跡的概念。1765年,瑞士的L.Euler提出漸開(kāi)線齒形解析研究的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),闡明了相嚙合的一對(duì)齒輪,其齒形曲線的曲率半徑和曲率中心位置的關(guān)系。后來(lái),Savary進(jìn)一步完成這一方法,成為現(xiàn)在的Eu-let-Savary方程。對(duì)漸開(kāi)線齒形應(yīng)用作出貢獻(xiàn)的是Roteft WUlls,他提出中心距變化時(shí),漸開(kāi)線齒輪具有角速比不變的優(yōu)點(diǎn)。1873年,德國(guó)工程師Hoppe提出,對(duì)不同齒數(shù)的齒輪在壓力角改變時(shí)的漸開(kāi)線齒形,從而奠定了現(xiàn)代變位齒輪的思想基礎(chǔ)。
19世紀(jì)末,展成切齒法的原理及利用此原理切齒的專(zhuān)用機(jī)床與刀具的相繼出現(xiàn),使齒輪加工具軍較完備的手段后,漸開(kāi)線齒形更顯示出巨大的優(yōu)走性。切齒時(shí)只要將切齒工具從正常的嚙合位置稍加移動(dòng),就能用標(biāo)準(zhǔn)刀具在機(jī)床上切出相應(yīng)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(jī),后來(lái),英國(guó)BSS、美國(guó)AGMA、德國(guó)DIN相繼對(duì)齒輪變位提出了多種計(jì)算方法。為了提高動(dòng)力傳動(dòng)齒輪的使用壽命并減小其尺寸,除從材料,熱處理及結(jié)構(gòu)等方面改進(jìn)外,圓弧齒形的齒輪獲得了發(fā)展。1907年,英國(guó)人Frank Humphris最早發(fā)表了圓弧齒形。1926年,瑞土人Eruest Wildhaber取得法面圓弧齒形斜齒輪的專(zhuān)利權(quán)。1955年,蘇聯(lián)的M.L.Novikov完成了圓弧齒形齒輪的實(shí)用研究并獲得列寧勛章。1970年,英國(guó)Rolh—Royce公司工程師R.M.Studer取得了雙圓弧齒輪的美國(guó)專(zhuān)利。這種齒輪現(xiàn)已日益為人們所重視,在生產(chǎn)中發(fā)揮了顯著效益。
齒輪是能互相嚙合的有齒的機(jī)械零件,它在機(jī)械傳動(dòng)及整個(gè)機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用極其廣泛。現(xiàn)代齒輪技術(shù)已達(dá)到:齒輪模數(shù)O.004~100毫米;齒輪直徑由1毫米~150米;傳遞功率可達(dá) 十萬(wàn)千瓦;轉(zhuǎn)速可達(dá) 十萬(wàn)轉(zhuǎn)/分;最高的圓周速度達(dá)300米/秒。
齒輪在傳動(dòng)中的應(yīng)用很早就出現(xiàn)了。公元前三百多年,古希臘哲學(xué)家亞里士多德在《機(jī)械問(wèn)題》中,就闡述了用青銅或鑄鐵齒輪傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。中國(guó)古代發(fā)明的指南車(chē)中已應(yīng)用了整套的輪系。不過(guò),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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),不能保證傳動(dòng)的平穩(wěn)性,齒輪的承載能力也很小。
隨著生產(chǎn)的發(fā)展,齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性受到重視。1674年丹麥天文學(xué)家羅默首次提出用外擺線作齒廓曲線,以得到運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的齒輪。 18世紀(jì)工業(yè)革命時(shí)期,齒輪技術(shù)得到高速發(fā)展,人們對(duì)齒輪進(jìn)行了大量的研究。1733年法國(guó)數(shù)學(xué)家卡米發(fā)表了齒廓嚙合基本定律;1765年瑞士數(shù)學(xué)家歐拉建議采用漸開(kāi)線作齒廓曲線。
19世紀(jì)出現(xiàn)的滾齒機(jī)和插齒機(jī),解決了大量生產(chǎn)高精度齒輪的問(wèn)題。1900年,普福特為滾齒機(jī)裝上差動(dòng)裝置,能在滾齒機(jī)上加工出斜齒輪,從此滾齒機(jī)滾切齒輪得到普及,展成法加工齒輪占了壓倒優(yōu)勢(shì),漸開(kāi)線齒輪成為應(yīng)用最廣的齒輪。 1899年,拉舍最先實(shí)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(guó)懷爾德哈伯最先提出圓弧齒廓的齒輪,1955年蘇諾維科夫?qū)A弧齒輪進(jìn)行了深入的研究,圓弧齒輪遂得以應(yīng)用于生產(chǎn)。這種齒輪的承載能力和效率都較高,但尚不及漸開(kāi)線齒輪那樣易于制造,還有待進(jìn)一步改進(jìn)。