ต้นกําเนิดของการพัฒนาเกียร์

ประวัติศาสตร์

อุปกรณ์เกียร์กรีกโบราณที่ขุดพบ

ในตะวันตกใน 300 ปีก่อนคริสตกาลนักปรัชญากรีกโบราณอริสโตเติลอธิบายปัญหาของการใช้เกียร์เหล็กบรอนซ์หรือเหล็กหล่อเพื่อส่งสัญญาณการหมุนใน "ปัญหาทางกล" นักวิชาการชาวกรีกที่มีชื่อเสียงอริสโตเติลและอาร์คิมีดีสได้ศึกษาอุปกรณ์ นักประดิษฐ์ชาวกรีกที่มีชื่อเสียง Gutisibios ใส่หมุดที่ขอบโต๊ะวงกลมอย่างสม่ําเสมอเพื่อให้ตาข่ายกับล้อขา เขาใช้กลไกนี้ในการแกะสลัก ประมาณ 150 ปีก่อนคริสตกาล ใน 100 ปีก่อนคริสตกาลเฮอร์รอนนักประดิษฐ์อเล็กซานเดรียได้คิดค้นเครื่องวัดระยะทางและใช้เกียร์ในเครื่องวัดระยะทาง ในศตวรรษที่ 1 AD การส่งสัญญาณเกียร์ยังใช้ในโรงสีล้อน้ําที่ทําโดยสถาปนิกชาวโรมัน Pidobis ในศตวรรษที่ 14 เกียร์เริ่มใช้ในนาฬิกา

เกียร์เหล็กบรอนซ์ในตอนท้ายของยุคสงครามรัฐ

ในช่วงปีแรกของราชวงศ์ฮั่นตะวันออก (ศตวรรษที่ 1) มีเกียร์ก้างปลา รถนําทางและรถกลอง Jili ที่ปรากฏในสมัยสามก๊กได้นําระบบเกียร์มาใช้ โรงสีต่อเนื่องที่หมุนน้ําที่คิดค้นโดย Du Yu ในราชวงศ์จินส่งพลังของล้อน้ําไปยังโรงสีหินผ่านเกียร์ บันทึกแรกสุดของระบบส่งเกียร์ในหนังสือประวัติศาสตร์คือคําอธิบายของทรงกลมอาวุธที่ทําโดย Xing Yi และ Liang Lingzhan ในราชวงศ์ถังในปี 725 โต๊ะช้างเครื่องมือขนส่งทางน้ํา (ดูนาฬิกาจีนโบราณ) ที่ทําในราชวงศ์ซ่งเหนือใช้ระบบเกียร์ที่ซับซ้อน ในราชวงศ์หมิงเหมาหยวนอี้ "Wu Bei Zhi" (เขียนในปี 1621) บันทึกการส่งผ่านแร็คและเฟือง อุปกรณ์วงล้อเหล็กถูกค้นพบในซากปรักหักพังของเมืองโบราณอันวูจิเหอเป่ย์ขุดในปี 1956 เส้นผ่านศูนย์กลางของล้อประมาณ 80 มม. แม้ว่าจะไม่สมบูรณ์ แต่คุณภาพเหล็กจะดีกว่า หลังจากการวิจัยได้รับการยืนยันว่าเป็นจุดสิ้นสุดของยุคสงคราม (ศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสต์ศักราช) ผลิตภัณฑ์จากราชวงศ์ฮั่นตะวันตก (206 ปีก่อนคริสตกาลถึง 24 AD) เกียร์กระดูกสันหลังสีบรอนซ์ถูกขุดพบในฉางเจียยา, เขตหยงจี, มณฑลชานซีในปี 1954 ด้วยการอ้างอิงถึงสิ่งประดิษฐ์ที่ขุดพบใน Tongkeng สามารถสรุปได้ว่าเป็นพระธาตุของราชวงศ์ฉิน (221-206 ปีก่อนคริสตกาล) หรือราชวงศ์ฮั่นตะวันตกตอนต้น ล้อมีฟัน 40 ซี่และเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 25 มม. เกี่ยวกับวัตถุประสงค์ของเกียร์วงล้อไม่พบบันทึกเป็นลายลักษณ์อักษรจนถึงขณะนี้และคาดว่าอาจใช้สําหรับเบรกเพื่อป้องกันไม่ให้เพลาหมุนไปข้างหลัง อุปกรณ์ก้างปลาสีบรอนซ์คู่หนึ่งถูกขุดพบในหมู่บ้านหงชิงมณฑลฉางอันมณฑลส่านซีในปี 1953 จากการวิเคราะห์โครงสร้างสุสานและวัตถุหลุมฝังศพสามารถระบุได้ว่าคู่ของเกียร์มาจากราชวงศ์ฮั่นตะวันออกตอนต้น ล้อทั้งสองมีฟัน 24 ซี่และเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 15 มม. นอกจากนี้ยังพบอุปกรณ์ก้างปลาชนิดเดียวกันใน Hengyang และที่อื่น ๆ [1]

แผนภาพโครงสร้างเกียร์ใน "Wu Bei Zhi"

ในช่วงต้นปี 1694 นักวิชาการชาวฝรั่งเศส PHILIPPE DE LA HIRE เสนอครั้งแรกว่าสามารถใช้ความเฉื่อยชาเป็นเส้นโค้งโปรไฟล์ฟันได้ ในปี 1733 M.CAMUS ชาวฝรั่งเศสเสนอว่าปกติทั่วไปของจุดสัมผัสของฟันเกียร์จะต้องผ่านโหนดบนสายกลาง เมื่อสายศูนย์ทันทีเสริมกําลังกลิ้งไปตามเส้นศูนย์ทันที (วงกลมสนาม) ของล้อใหญ่และล้อขนาดเล็กโปรไฟล์ฟันเสริมจะเชื่อมต่อกับเส้นศูนย์ทันทีเสริมอย่างหมดจดสร้างโปรไฟล์ฟันสองซี่บนล้อใหญ่และล้อขนาดเล็ก เส้นโค้งจะผันซึ่งกันและกันซึ่งเป็นทฤษฎีบท CAMUS มันพิจารณาสถานะตาข่ายของพื้นผิวฟันทั้งสอง; มันชัดเจนสร้างแนวคิดที่ทันสมัยของวิถีของจุดติดต่อ ในปี 1765 Swiss L. EULER ได้นําพื้นฐานทางคณิตศาสตร์สําหรับการศึกษาเชิงวิเคราะห์ของโปรไฟล์ฟันที่ไม่เหมาะสมและชี้แจงความสัมพันธ์ระหว่างรัศมีความโค้งของเส้นโค้งโปรไฟล์ฟันและศูนย์กลางความโค้งของเฟืองคู่หนึ่งที่ตาข่าย ต่อมา SAVARY ได้ทําวิธีนี้ให้เสร็จและกลายเป็นสมการ EU-LET-SAVARY การมีส่วนร่วมในการประยุกต์ใช้โปรไฟล์ฟันที่ไม่สุภาพคือ ROTEFT WULLS เขาเสนอว่าเมื่อระยะกลางเปลี่ยนแปลงเกียร์ที่ไม่สุภาพมีข้อได้เปรียบของอัตราส่วนความเร็วเชิงมุมคงที่ ในปี 1873 วิศวกรชาวเยอรมัน HOPPE เสนอโปรไฟล์ฟันที่ไม่เหมาะสมของเกียร์ที่มีจํานวนฟันแตกต่างกันเมื่อมุมความดันเปลี่ยนแปลงจึงวางรากฐานสําหรับความคิดของเกียร์เปลี่ยนเกียร์ที่ทันสมัย

ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 หลักการของวิธีการตัดเกียร์เชิงสร้างสรรค์และการเกิดขึ้นของเครื่องมือเครื่องจักรและเครื่องมือพิเศษที่ใช้หลักการนี้ในการตัดเกียร์ทําให้การประมวลผลเกียร์สมบูรณ์ยิ่งขึ้นและโปรไฟล์ฟันที่ไม่ชัดเจนได้แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่ยอดเยี่ยม ตราบใดที่เครื่องมือตัดเกียร์ถูกย้ายเล็กน้อยจากตําแหน่งตาข่ายปกติในระหว่างการตัดเกียร์เกียร์ที่เลื่อนที่สอดคล้องกันสามารถตัดออกบนเครื่องมือเครื่องจักรด้วยเครื่องมือมาตรฐาน ในปี 1908 MAAG สวิสได้ทําการวิจัยวิธีการกระจัดและผลิตเครื่องสร้างเกียร์ ต่อมา BSS ของอังกฤษ AGMA อเมริกันและ DIN เยอรมันได้เสนอวิธีการคํานวณที่หลากหลายสําหรับการกระจัดเกียร์อย่างต่อเนื่อง

อุปกรณ์ก้างปลาสีบรอนซ์ในราชวงศ์ฮั่นตอนต้น

เพื่อเพิ่มอายุการใช้งานของเกียร์ส่งกําลังและลดขนาดนอกเหนือจากการปรับปรุงวัสดุการรักษาความร้อนและโครงสร้างแล้วเกียร์ฟันโค้งได้รับการพัฒนา ในปี 1907 อังกฤษ FRANK HUMPHRIS ได้ตีพิมพ์โปรไฟล์ฟันส่วนโค้งเป็นครั้งแรก ในปี 1926 ERUEST WILDHABER ได้รับสิทธิบัตรสําหรับเฟืองขดลวดโปรไฟล์ฟันโค้ง ในปี 1955 M. L. NOVIKOV ของสหภาพโซเวียตได้ทําการวิจัยเชิงปฏิบัติเกี่ยวกับเฟืองฟันอาร์คและได้รับรางวัลเหรียญเลนิน ในปี 1970 วิศวกรของ บริษัท ROLH-ROYCE R.M. STUDER ได้รับสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาสําหรับเกียร์อาร์ควงกลมคู่ อุปกรณ์ประเภทนี้ได้รับความสนใจจากผู้คนมากขึ้นเรื่อย ๆ และมีบทบาทสําคัญในการผลิต

เกียร์เป็นชิ้นส่วนเครื่องจักรกลที่มีฟันที่สามารถตาข่ายกันได้ พวกเขาจะใช้กันอย่างแพร่หลายในการส่งกลและสนามกลทั้งหมด เทคโนโลยีเกียร์ที่ทันสมัยมาถึงแล้ว: โมดูลัสเกียร์ 0.004 ถึง 100 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางเกียร์ตั้งแต่ 1 มม. ถึง 150 เมตร กําลังส่งสามารถเข้าถึงได้ถึง 100,000 กิโลวัตต์ ความเร็วในการหมุนสามารถเข้าถึงการปฏิวัติได้หลายแสนครั้งต่อนาที ความเร็วอุปกรณ์ต่อพ่วงสูงสุดสามารถเข้าถึง 300 เมตร / วินาที

ด้วยการพัฒนาการผลิตความราบรื่นของการทํางานของเกียร์จึงมีมูลค่า ในปี 1674 โรเมอร์นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์กเสนอให้ใช้ epicycloid เป็นเส้นโค้งโปรไฟล์ฟันเพื่อรับเกียร์ที่วิ่งได้อย่างราบรื่น

ในช่วงการปฏิวัติอุตสาหกรรมในศตวรรษที่ 18 เทคโนโลยีเกียร์พัฒนาอย่างรวดเร็วและผู้คนทําการวิจัยมากมายเกี่ยวกับเกียร์ ในปี 1733 Kami นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสได้ตีพิมพ์กฎพื้นฐานของการตาข่ายโปรไฟล์ฟัน ในปี ค.ศ. 1765 ออยเลอร์นักคณิตศาสตร์ชาวสวิสแนะนําให้ใช้การไม่ใช้ความเฉื่อยชาเป็นเส้นโค้งของโปรไฟล์ฟัน

เครื่อง hobbing เกียร์และเครื่องสร้างเกียร์ปรากฏในศตวรรษที่ 19 เพื่อแก้ปัญหาการผลิตเกียร์ที่มีความแม่นยําสูงจํานวนมาก ในปี 1900 Profort ได้ติดตั้งอุปกรณ์ที่แตกต่างสําหรับเครื่อง hobbing เกียร์ซึ่งสามารถประมวลผลเฟืองขดลวดบนเครื่อง hobbing เกียร์ ตั้งแต่นั้นมาเครื่อง hobbing เกียร์ได้กลายเป็นที่นิยมและวิธีการสร้างมีข้อได้เปรียบอย่างท่วมท้นในการประมวลผลเกียร์ เฟืองที่ไม่สุภาพได้กลายเป็นเกียร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย .

ในปี 1899 Rasche ได้ใช้รูปแบบการเปลี่ยนเกียร์เป็นครั้งแรก เกียร์ที่เปลี่ยนไม่เพียง แต่สามารถหลีกเลี่ยงการตัดฟันเฟืองเท่านั้น แต่ยังสามารถจับคู่ระยะกลางและปรับปรุงความสามารถในการรับน้ําหนักของเกียร์ ในปี 1923 American Wild Haber ได้เสนอเกียร์ที่มีโปรไฟล์ฟันโค้งวงกลมเป็นครั้งแรก ในปี 1955 Sunovykov ได้ทําการศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับเกียร์อาร์ควงกลมและจากนั้นเกียร์อาร์ควงกลมถูกนํามาใช้ในการผลิต เกียร์ประเภทนี้มีความสามารถในการรับน้ําหนักสูงและมีประสิทธิภาพ แต่ก็ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะผลิตเป็นเกียร์ที่ไม่สุภาพและต้องการการปรับปรุงเพิ่มเติม