從人類文明史之開源,由美索不達(dá)米亞時(shí)期,經(jīng)過(guò)埃及、希臘、羅馬、中古等時(shí)期,一直到文藝復(fù)興時(shí)期齒輪技術(shù)的演變,特別是在齒輪及機(jī)械史上有所貢獻(xiàn)的歷史偉人,如阿基米德、伽利略、達(dá)文西、卡謬、尤拉、路易士、赫茲、葛理遜等人的簡(jiǎn)歷、人像照片及生平十分珍貴。也有系統(tǒng)地?cái)⑹隽她X輪發(fā)展史的概貌。 減速機(jī)
有關(guān)齒輪歷史演進(jìn)的階段,可以借用德國(guó)K. Kutzbach教授劃分方法:
齒輪的發(fā)展史第一階段早期齒輪或類似梢(燈籠形)齒輪,并不講求齒形、齒距等理論。 由于這個(gè)階段不講究齒形、齒距,對(duì)于齒輪的動(dòng)力傳達(dá)僅僅做為勾拉運(yùn)動(dòng),即使主動(dòng)齒輪 可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),由于齒與齒之間尚有空隙,齒形也僅為方柱狀,被動(dòng)齒輪無(wú)法順利銜接, 會(huì)產(chǎn)生短暫的停滯現(xiàn)象,故不能達(dá)到連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的目標(biāo)。
如此不穩(wěn)定的回轉(zhuǎn)速度比,不能做汲水、起重等粗重工作以外更進(jìn)一步的作業(yè)用途?吹 這樣的情形,人們苦思解決之道,方法是減少齒距,使得被動(dòng)齒能夠不至于中斷運(yùn)轉(zhuǎn)。
于是,藉由減少齒距達(dá)到連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)(但還不是現(xiàn)代意義的定速傳動(dòng))人類對(duì)于齒輪的運(yùn)用 ,進(jìn)入了下述的第二階段。
上古時(shí)期
齒輪由誰(shuí)發(fā)明,并無(wú)可考,但可以確定的是時(shí)間非常久遠(yuǎn)。一般來(lái)說(shuō),齒輪的產(chǎn)生,可以有以下幾種思考來(lái)源:
裝飾或道具
金屬鑄造
銼刀
有輻輳但并無(wú)輪緣的輪子
但是,前項(xiàng)各種屬于公元前2000年的思考來(lái)源,并無(wú)法確認(rèn)有技術(shù)意含。換言之,在我們 理解齒輪具有技術(shù)意含之前很久的時(shí)間,齒輪已經(jīng)以非技術(shù)性的面貌,存在于我們的生活 之中了。
至于,人類如何著手制造齒輪,其背后應(yīng)具備怎樣的技術(shù)能力?基本上,人類在公元前40 0年的時(shí)候,就懂得使用銼刀。由于銼刀的發(fā)明,人類才有能力配合已經(jīng)擁有的斧頭、槌子 等工具以型塑金屬和進(jìn)一步木頭。
齒輪的發(fā)展史第二階段 進(jìn)展至?xí)r鐘用齒輪,雖未有齒形理論,但齒輪已經(jīng)具有弧線表面, 并注意齒距等問題。
如前所述,此時(shí)已經(jīng)注意到齒距的精確是確保連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的前題之一,但是,雖說(shuō)可以連續(xù) 運(yùn)轉(zhuǎn),但是被動(dòng)齒輪的速度仍舊無(wú)法成為穩(wěn)定的固定值,這現(xiàn)象就是要進(jìn)一步研究的課題 。人類遂逐漸將探究的焦點(diǎn)移向齒形。
紀(jì)元前時(shí)期
產(chǎn)生初步的齒輪之后,人類就想探究齒輪相關(guān)議題與原理。這樣的嘗試,以我們所知,最 早是亞里斯多德。他在《機(jī)械的問題》一書中,提到楔、曲軸、滾柱、車輪、滑輪等機(jī)械 組件之外,還提及以青銅或鑄鐵可以傳達(dá)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的齒狀輪,這是可查證的最早齒輪描述 記錄。
換言之,至少在亞里斯多德的時(shí)代以前,就存在金屬材質(zhì)的雛形齒輪。
既然知道人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)齒輪,接著,讓我們進(jìn)一步探討古代人類如何使用這雛形齒輪。就 我們所知,人類使用雛形齒輪的用途,集中于汲水或揚(yáng)水裝置的傳動(dòng)。
但是,汲水或揚(yáng)水裝置是何時(shí)、由誰(shuí)發(fā)明的,根據(jù)我們的理解,直到今天,還可以在兩河 流域、尼羅河,甚至黃河流域等地,看見這使用雛形齒輪的揚(yáng)水裝置。
不僅僅是亞里斯多德,希臘的另一位學(xué)者阿基米德也探討過(guò)齒輪的種種。阿基米德甚至研 究了亞里斯多德所未曾提及的蝸輪,而留下相當(dāng)篇幅的記錄。
在那時(shí)代,人們不僅僅將齒輪作為回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)而已,還懂得利用齒輪作為省力裝置。如亞 歷山大時(shí)代Pappus與Hieron的記載,出現(xiàn)了一個(gè)蝸輪與九個(gè)齒輪的省力裝置,始得人們可 以用130公斤的力量舉起26公噸的重物,那大約釋放大200倍的效能。
根據(jù)Pappus的記載,阿基米德曾經(jīng)利用前述裝置,以僅僅少數(shù)奴隸就將一艘大戰(zhàn)艦Syraku sia推入海中,并引起當(dāng)時(shí)社會(huì)巨大的回響。理解各種省力裝置的巨大效能之后,難怪阿基 米德會(huì)發(fā)下:只要給我一個(gè)適合的支點(diǎn),我可以搬動(dòng)整個(gè)大地。
齒輪的發(fā)展史第三階段 開始研究齒形以正確傳達(dá)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
產(chǎn)生初步的齒輪之后,人類就想探究齒輪相關(guān)議題與原理。這樣的嘗試,以我們所知,最 早是亞里斯多德。他在《機(jī)械的問題》一書中,提到楔、曲軸、滾柱、車輪、滑輪等機(jī)械 組件之外,還提及以青銅或鑄鐵可以傳達(dá)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的齒狀輪,這是可查證的最早齒輪描述 記錄。
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