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齿轮的十八般武艺

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+Hello,齿轮+

齿轮

是许多机械装备的重要零件

齿轮与齿轮之间通过轮齿啮合

承担起传递运动和动力的重任

甚至可以说

只要与机械相关

不管你身处哪个领域

都能见到齿轮的踪影

齿轮的历史

1

最早的齿轮设计

现已知的关于齿轮最早的描述来自

古代中国和希腊文化

它们被广泛应用于

建筑材料的提升装置、船锚、弹射器的传动装置等

早期的木制齿轮

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2

中国历史上的齿轮

据史料记载

远在公元前~年的中国古代

就已开始使用齿轮

在考古学上也不乏实例

——①——

青铜棘齿轮

山西出土的青铜棘齿轮

为秦代(公元前~前)或西汉初年遗物

轮40齿

直径约25毫米

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——②——

人字齿轮

陕西出土的一对青铜人字齿轮

为东汉初年遗物

两轮都为24转

直径约15毫米

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——③——

指南车

公元年

三国魏马钧发明了

以齿轮机构为核心机械装置的指南车

有力地诠释了古代科学技术成就

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指南车齿轮结构

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——④——

水运浑象仪

东汉时期

张恒制造了水运浑象仪

巧妙地把计量时间用的漏壶与浑象仪联系起来

即以漏水为原动力

并利用漏壶的等时性

通过齿轮系的传动

使浑象仪每日均匀地绕轴旋转一周

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由此

古人的智慧可见一斑

自齿轮技术崭露头角

经历了几百上千年的传承与发展

机械技术得以不断突破

尤其在中华人民共和国成立以后

中国的齿轮传动技术有了神速的进步

齿轮成为工业的象征

齿轮和麦穗是国徽的两大要素

其重要性显而易见

中国国徽中的齿轮

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3

国外历史上的齿轮

据历史记载和流传至今的实物证实

埃及、巴比伦

早在公元前~年代就开始使用齿轮

——①——

最早的齿轮设计

国外的齿轮设计可以追溯到公元前4世纪

据说是由亚里士多德发明并制造的

亚里士多德

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现存最古老的包含齿轮的遗迹

是在年发现的一种名为安提基特拉的机械

该机械不仅是齿轮传动的最早遗迹

还是一种极其复杂的齿轮差传动装置

安提基特拉机械

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——②——

欧拉时期之前的齿轮艺术

圣阿尔班修道院曾有一位英国修道院院长

(于年出生在沃林福德)

他重新提出了行星齿轮传动的概念

并把它应用到天文钟上

——③——

欧拉时期的齿轮艺术

欧拉(LeonhardEuler)是一位伟大的瑞士数学家

他研究了渐开线曲线及其对齿轮齿的应用

在这项工作中

他证明了一个圆的渐开线作为齿轮齿侧形状的重要作用

欧拉(-)

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——④——

欧拉时期之后的齿轮艺术

19世纪

罗伯特威利斯(ReverendRobertWillis)

对一般意义上的机械进行了深入的研究

于年完成了著作《齿轮几何学原理》

威利斯还为他的学生们编写了讲义

讲解了在实践中使用的齿轮原理

罗伯特威利斯(-)

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——⑤——

齿轮传动的完善与进展

19世纪末

格兰特(GeorgeBarnardGrant)提出了

使齿轮传动进一步完善的设计方案

并研究出了一项关于伞齿轮的重要发明

乔治伯纳德格兰特(-)

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格兰特提出的锥齿轮渐开线齿侧面

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伞状斜齿轮副的啮合

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——⑥——

国外历史上的其他经典齿轮实例

+蜗杆传动+

提及蜗杆传动的发展历史

最早应是公元前二百多年的

古希腊著名学者阿基米德(Archimedes)

所提出的利用螺旋运动推动齿轮旋转的方法

并发明了阿基米德蜗杆传动卷扬机

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+环面蜗杆传动+

十六世纪

天才达芬奇(D.Vinci)在其手稿中提出

“环面蜗杆传动”的概念

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达芬奇提出的环面蜗杆传动

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+亨得利蜗杆传动+

英国人亨得利(Hindley)首次提出直廓环面蜗杆传动

即亨得利蜗杆传动

年美国人柯恩(S.Cone)将其开发成功

命名为“ConeDrive”

齿轮的分类

齿轮发展至今

种类越来越丰富

俨然形成一个兼具功能与颜值的大家庭

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1

+直齿圆柱齿轮传动+

直齿圆柱齿轮用成形法或展成法加工而成,制造方便,成本低,用于平行轴传动。齿轮啮入与啮出时沿着齿宽同时进行,因此容易产生冲击、振动和噪音。

2

+斜齿圆柱齿轮传动+

圆柱斜齿轮有重合系数大、传动平稳、齿轮强度高、适于重负载的特点。但相比直齿而言,斜齿有轴向力,结构稍显复杂。

3

+人字齿轮传动+

人字齿轮最主要特征就是齿宽一侧为左旋,另一侧为右旋,具有承载能力高、传动平稳和轴向载荷小等优点,因此在重型机械的传动系统中有广泛应用。只不过它的加工较为困难,造价相对较高。

4

+齿轮齿条传动+

齿轮齿条传动承载力大,传动精度较高,可无限长度对接延续,而且传动速度可以很高,因此它常用于大版面钢板、玻璃数控切割机、建筑施工升降机等。它缺点在于若加工安装精度不够,则会出现传动噪音大,磨损大等问题。

5

+内啮合齿轮传动+

内啮合齿轮传动与外啮合相比,具有结构紧凑、体积小、承载能力高的特点,在行星齿轮传动机构中获得广泛应用。

1

+直齿圆锥齿轮传动+

直齿圆锥齿轮在相交轴齿轮中是加工、测量和安装最为简便的一种,它的生产成本低廉,应用最为广泛。另外,直齿圆锥齿轮啮合的齿数相对少,容易产生冲击,传动不平稳、噪声大,一般应用于轻载、低速场合。

2

+斜齿圆锥齿轮传动+

斜齿圆锥齿轮传动的大小齿轮具有大小相等、方向相反的螺旋角,其重合度明显大于直齿锥齿轮副,因此在高速运转时噪声和振动显著减少,适用于高速、重载传动。

3

+螺旋伞齿轮传动+

螺旋伞齿轮传动在结构与性能上有诸多优点,例如效率高、传动比稳定、承载能力高、工作可靠、结构紧凑、耐磨损等等。但由于制造和安装的原因,齿轮的重合度较难把握到最好,需要良好润滑,最好是油浴润滑。

1

+交错轴斜齿轮传动+

交错轴斜齿轮的两轴呈空间交错,单个齿轮与斜齿轮相同。

交错轴斜齿轮传动在适当选择螺旋角时可使两轮分度圆大小近似相等,从而接近等强度。但其相对滑动速度较大,磨损较快,传动效率低。除此之外,它的传动过程是点接触,承载能力小。

2

+蜗杆传动+

蜗杆传动用于传递空间交错的两轴之间的运动和动力。蜗杆传动的振动、冲击和噪声均很小,工作较平稳,能以单级传动获得较大的传动比,结构紧凑,可以自锁。

蜗杆传动种类繁多

话不多说

一张图让你一目了然

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+圆柱蜗杆传动+

圆柱蜗杆传动是蜗杆分度曲面为圆柱面的蜗杆传动。圆柱蜗杆传动加工方便,应用较广泛。

+环面蜗杆传动+

环面蜗杆传动的蜗杆外形,是以一个凹圆弧为母线绕蜗杆轴线回转而形成的回转面,故称环面蜗杆。

+锥蜗杆传动+

锥蜗杆传动是由锥蜗杆和锥蜗轮组成的蜗杆传动。锥蜗杆传动同时啮合的齿的对数多,重合度大,因此传动平稳,除此之外,它还有传动比大、承载能力大、效率较高等特点。

3

+准双曲面齿轮传动+

准双曲面齿轮在汽车后桥总成中广泛应用,对齿轮的重量、传动的平稳性、承载能力、及寿命方面的要求极高。

1

+RV减速器+

RV减速器是在摆线针轮传动基础上发展起来的,具有二级减速和中心圆盘支撑结构。自年投入市场以来,因其传动比大、传动效率高、运动精度高、回差小、振动低、刚性大和可靠性高等优点成为了机器人的“御用”减速器。

2

+谐波减速器+

谐波减速器由三部分组成:谐波发生器、柔性轮和刚轮,其工作原理是由谐波发生器使柔轮产生可控的弹性变形,靠柔轮与刚轮啮合来传递动力,并达到减速的目的;按照波发生器的不同有凸轮式、滚轮式和偏心盘式。谐波减速器传动比大、外形轮廓小、零件数目少且传动效率高。单机传动比可达到50-0,而传动效率高达92%-96%。

3

+OTT蜗杆蜗轮+

OTT成立于年,专业于生产齿轮产品,尤其以其蜗轮蜗杆的生产闻名于世。通过50多年的探索、优化,OTT公司开发出OTT-MATIC蜗轮蜗杆,成功彻底解决了高精度性、高稳定性、耐持久性、背隙可调性等方面技术难题。

4

+单滚子包络+

单滚子包络环面蜗杆是由西华大学与中良川工研发的新一代精密减速器,将滑动摩擦转为了滚动摩擦,使得传动效率得以极大提升。

5

+双滚子包络+

双滚子包络环面蜗杆传动继承了单滚子包络环面蜗杆传动的一切优点,并利用双排滚子的错位布置,消除了传动中的回程误差,实现了零侧隙传动。

1

+齿轮箱+

齿轮箱在工业领域的应用十分广泛,它的结构千变万化,可根据其具体作用场合灵活调控。

2

+钟表内部结构+

钟表内部的齿轮基本采用最为简单的直齿圆柱齿轮,通过各个小齿轮间的精密配合来控制钟表指针的运动,最终达到极为精准的记时作用。

3

+直升机行星齿轮+

直升机作为一种复杂的飞行器,它的设计对结构的可靠性要求极高,在传动配合上更是如此,行星齿轮则近乎完美地担下了这份重任。

4

+工业机器人+

齿轮传动在传动效率、工作可靠性等方面都占有极大优势,因此现代的工业机器人几乎都用上了齿轮结构作为其运动的主力军之一。

最后

完整视频汇总奉上~

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特色与创新

?首创以齿轮、带、链为被测核心的机电一体化实验平台技术

?提供常见典型电机的驱动控制实验,并提供电动机改装发电机实验,是机电一体化技术基础实验的典型代表

?集成多达20余种传感器,可拓展常见传感技术在现代工业中的应用实验

?提供各类齿轮、带、链、联轴器、电机原理的仿真演示动画,能有效增强学生对理论知识的理解与兴趣

?提供公司自主研发生产用于机器人关节的滚子包络超精密减速器,提供传动效率、振动、噪音、温升、回转精度的高精度实验,能同时满足教、研两用,能有效增进学生对机器人关键零部件的理解,激发学生的学习热情

?能满足《机械设计》、《机械原理》、《机电一体化技术》、《测试技术》、《控制技术》、《传感技术》、《机器人技术》等课程的相关和部分关键实验

?是当前市场将机电一体化、测试技术、控制技术、传感技术融为一体的典型实验设备

PS:我们的团队可为客户量身定制各类齿轮检测方案和实验平台!

+小结+

齿轮从发明到现在经历了无数次更新换代

主要向高速、重载、平稳性

体积小、低噪等方向发展

采用适当的传动方式和材料对齿轮进行设计

可大大提高齿轮传动的可靠性,延长齿轮寿命

当然,无论需要多么精密

多么复杂的齿轮传动系统

都要从最基本的齿轮结构出发

步步突破,学无止境

顾问:石照耀(北京工业大学)

策划:邓星桥(西华大学)、陶安平(中良川工)、

林伟(中良川工)、苏伟峰(中良川工)、

邱晓初(西华大学)

责任编辑:王仕可、王世松

动画:王杰、李双岑、昌勤亮、钟念欢、王心怡、倪鑫、

文案排版:邱福红、张璐

技术指导:邓星桥(西华大学)、陈永洪(重庆大学)、

洪雷(中国二重)

合作联系方式:(西华大学-邓星桥)

?(中良川工)

PS:以上部分图文来源于网络,仅供学习参考

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