这是出土于古希腊时期的齿轮装置。
这是战国末期的铁质青铜齿轮。
这是东汉初年的人字齿轮。
看到这,想必你和我有同样的疑惑。齿轮这么机械型的器件,竟然在公元前就出现了,时至今日仍发挥着重要作用。
那它究竟是如何制造的呢?
所有齿轮的生产,都始于一根含碳的钢棒。
首先,用电锯切出一块,尺寸厚度相当的圆柱形毛坯,将毛坯固定在机床上旋转。
带有硬质合金的铣削机,会将毛坯加工成特定形状,此时的毛坯已经呈现出了金属的光泽。
接着,对中间进行开孔。为了避免工件之间,高速摩擦产生的热量,在运行同时还要不断喷淋冷却剂降温。
接着,在孔洞周围刻出一圈凹槽,以减轻齿轮的重量。
并在凹槽中钻4个小孔,以便后期润滑剂的流动;接下来就到了轮齿的制造了。
刨齿机搭配着润滑油,在中间的孔洞内刨刻出内圈齿轮。而齿轮的大小和形状,则要根据型号而定。内圈齿轮刨刻完后,就轮到外圈齿轮了。
计算机控制滚齿机切割,齿轮会一边混动,一边被滚齿机切割下钢屑。没一会,齿轮上就出现了一圈规律的轮齿。接着进行二次切割。
这里会搭配上润滑油,防止造成刨刀碎裂的现象。随着滚齿机越切越深,一个齿轮的雏形就大致完成了。
接下来,用电控探针扫描齿轮表面,检查它们是否符合工程规格。
质量过关后,将齿轮放进炉内热处理强化钢材。
最后,将成型的齿轮放在磨床上,对细节处进行处理,把粗糙的表面打磨光滑,一个精美的齿轮就制造完成了。
而关于齿轮的制造,有很多人说,齿轮的齿数不能少于17个。
这是为什么?少了又会怎么样呢?
我们见到的齿轮运行,是轮齿镶嵌着以相反的方向运动的,每一个轮齿刚好卡在彼此的轮齿中,而齿数太少就会发生根切现象。
如图所示,齿轮的齿顶与啮合线的交点超过了被切齿轮的极限啮合点,被切齿轮齿根的渐开线齿廓被切掉了一部分,这就是根切现象。
发生根切现象会影响齿轮的强度,而避免根切最好的方法就是齿数大于17。
17是一个质数,也就是说,齿轮的某一齿与其他齿轮相重合的次数,在一定圈数下最少,受到的力就不会长期在这一个点上了。
当然,市面上也有小于17齿数的齿轮,但这样的齿轮用起来会很容易卡到。
最后,我在搜索齿轮相关资料的时候,发现了这样一张神奇的图片。这是人们在俄罗斯勘察加半岛时,发现的一块岩石。岩石表面就像藤壶一样,镶嵌着许多“齿轮”。
而根据放射性碳定年法的测算结果显示,这块岩石的年龄已经高达4亿岁,是一个连恐龙都还没有出现的时期。