ประวัติของเกียร์

ทางตะวันตก อริสโตเติล นักปรัชญาชาวกรีกโบราณได้อธิบายปัญหาของการใช้เฟืองทองสัมฤทธิ์หรือเหล็กหล่อเพื่อส่งการเคลื่อนที่แบบหมุนในปัญหาทางกลเมื่อ 300 ปีก่อนคริสตกาล อริสโตเติลและอาร์คิมิดีส นักปราชญ์ชาวกรีกผู้มีชื่อเสียง ต่างก็ศึกษาเกี่ยวกับอุปกรณ์ Guticibis นักประดิษฐ์ชาวกรีกผู้มีชื่อเสียงได้สอดหมุดที่ขอบของโต๊ะทำงานแบบแผ่นกลมให้เท่าๆ กันเพื่อให้มันประกบกับวงล้อหมุด เขาใช้กลไกนี้กับการรั่วไหลของการแกะสลัก เรื่องนี้เกิดขึ้นเมื่อประมาณ 150 ปีก่อนคริสตกาล ใน 100 ปีก่อนคริสตกาล Herren นักประดิษฐ์ชาว Alessanian ได้ประดิษฐ์เครื่องวัดระยะทางซึ่งใช้เกียร์ ในศตวรรษที่หนึ่ง เครื่องบดแบบกังหันน้ำที่ผลิตโดยสถาปนิกชาวโรมัน Bidobis ยังใช้อุปกรณ์ส่งกำลังแบบเฟืองด้วย ในศตวรรษที่ 14 เกียร์ถูกนำมาใช้ในนาฬิกาและนาฬิกา

ในช่วงต้นราชวงศ์ฮั่นตะวันออก (ศตวรรษที่ 1) มีเฟืองก้างปลา Guide Car และ Jili Drum Car ที่ปรากฏในยุคสามก๊กได้นำระบบเกียร์มาใช้ โรงโม่น้ำแบบต่อเนื่องแบบหมุนที่คิดค้นโดย Du Yu ในสมัยราชวงศ์จินจะถ่ายโอนพลังของกังหันน้ำไปยังโรงโม่หินผ่านเฟือง บันทึกแรกสุดของระบบเกียร์ในหนังสือประวัติศาสตร์คือคำอธิบายของ armillary sphere ขนส่งทางน้ำที่สร้างโดย Liang Lingzan ในปี 725 ในสมัยราชวงศ์ถัง เวทีเครื่องมือขนส่งทางน้ำ (ดู เครื่องจับเวลาจีนโบราณ) ที่สร้างขึ้นในราชวงศ์ซ่งเหนือใช้ระบบเกียร์ที่ซับซ้อน Wu Bei Zhi (เขียนในปี 1621) เขียนโดย Mao Yuanyi ในสมัยราชวงศ์หมิงได้บันทึกอุปกรณ์ส่งกำลังประเภทแร็คแอนด์พิเนียน เฟืองเหล็กแหลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 80 มม. ถูกพบในเมืองโบราณ Anwuji มณฑลเหอเป่ย ซึ่งขุดขึ้นในปี 1956 แม้ว่ามันจะไม่สมบูรณ์ แต่คุณภาพเหล็กของมันก็ดี จากการวิจัยได้รับการยืนยันว่าเป็นผลิตภัณฑ์ตั้งแต่ปลายยุคสงคราม (ศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสต์ศักราช) จนถึงราชวงศ์ฮั่นตะวันตก (206-24 ปีก่อนคริสตกาล) ในปี พ.ศ. 2497 มีการขุดพบเฟืองเดือยทองสัมฤทธิ์ในเหรินเจียยา อำเภอหย่งจี้ มณฑลซานซี จากโบราณวัตถุที่ขุดพบในหลุมเดียวกัน สรุปได้ว่าเป็นโบราณวัตถุในสมัยราชวงศ์ฉิน (221~206 ปีก่อนคริสตกาล) หรือต้นราชวงศ์ฮั่นตะวันตก มีฟัน 40 ซี่ เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 25 มม. สำหรับการใช้เฟืองเดือยยังไม่พบบันทึกเป็นลายลักษณ์อักษร สันนิษฐานว่าอาจใช้สำหรับการเบรกเพื่อป้องกันไม่ให้เพลาหมุนกลับ ในปี 1953 มีการขุดพบเฟืองก้างปลาทองแดงคู่หนึ่งในหมู่บ้านหงชิง เมืองฉางอาน มณฑลส่านซี จากการวิเคราะห์โครงสร้างหลุมฝังศพและวัตถุในสุสาน สรุปได้ว่า เฟืองมีต้นกำเนิดในต้นราชวงศ์ฮั่นตะวันออก ล้อทั้งสองมีฟัน 24 ซี่และเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 15 มม. พบเฟืองก้างปลาแบบเดียวกันนี้ในเหิงหยางและที่อื่น ๆ

ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1694 นักวิชาการชาวฝรั่งเศส PHILIPPE DE LA HIRE ได้เสนอครั้งแรกว่าสามารถใช้ involute เป็นเส้นโค้งรายละเอียดฟันได้ ในปี ค.ศ. 1733 M CAMUS ของฝรั่งเศสเสนอว่าจุดสัมผัสฟันเฟืองทั่วไปต้องผ่านโหนดบนเส้นกึ่งกลาง เมื่อเส้นกึ่งกลางเสริมทันทีม้วนไปตามเส้นศูนย์กลางทันที (วงกลมพิทช์) ของล้อใหญ่และล้อเล็กตามลำดับ เส้นโค้งรูปฟันสองซี่ที่เกิดขึ้นจากฟันเสริมจะจับจ้องไปที่เส้นกลางเสริมทันทีทันใดบนล้อใหญ่และ วงล้อขนาดเล็กมาเชื่อมกัน ซึ่งก็คือ ทฤษฎีบท CAMUS โดยจะพิจารณาถึงสถานะการประกบกันของผิวฟันสองซี่ แนวคิดสมัยใหม่ของวิถีจุดสัมผัสได้รับการจัดตั้งขึ้นอย่างชัดเจน ในปี พ.ศ. 2308 แอล. ออยเลอร์แห่งสวิตเซอร์แลนด์ได้เสนอพื้นฐานทางคณิตศาสตร์สำหรับการศึกษาเชิงวิเคราะห์ของรูปฟันที่ไม่ม้วนงอ และอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างรัศมีความโค้งของเส้นโค้งรูปฟันกับตำแหน่งของศูนย์กลางความโค้งของฟันเฟืองคู่หนึ่ง ต่อมา SAVARY ได้ทำวิธีนี้จนเสร็จและกลายเป็นสมการ EU-LET-SAVARY ROTEFT WULLS มีส่วนร่วมในการใช้โปรไฟล์ฟันแบบม้วนงอ เขาเสนอว่าเมื่อระยะศูนย์กลางเปลี่ยน เกียร์ม้วนจะได้เปรียบจากอัตราส่วนความเร็วเชิงมุมคงที่ ในปี พ.ศ. 2416 ฮอปเป้ วิศวกรชาวเยอรมันได้เสนอรูปแบบการหมุนวนของเฟืองที่มีจำนวนฟันต่างกันเมื่อมุมแรงกดเปลี่ยนไป ซึ่งเป็นการวางรากฐานทางอุดมการณ์สำหรับเฟืองดัดแปลงสมัยใหม่

ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 หลักการของการตัดเฟืองแบบกำเนิดและการเกิดขึ้นของเครื่องมือกลพิเศษและเครื่องมือสำหรับการตัดเฟืองตามหลักการนี้ทำให้โปรไฟล์ฟันแบบม้วนงอแสดงข้อได้เปรียบอย่างมากหลังจากการประมวลผลเฟืองมีวิธีการที่ค่อนข้างสมบูรณ์ ตราบเท่าที่เครื่องมือตัดเฟืองขยับเล็กน้อยจากตำแหน่งการประกบปกติระหว่างการตัดเฟือง จะสามารถตัดเฟืองที่ปรับเปลี่ยนที่เกี่ยวข้องบนเครื่องมือกลด้วยเครื่องมือมาตรฐานได้ ในปี พ.ศ. 2451 Swiss MAAG ได้ศึกษาวิธีการเปลี่ยนเกียร์และผลิตเครื่องขึ้นรูปเฟืองสำหรับการตัดเฉือนเชิงกำเนิด ต่อมา British BSS, American AGMA และ German DIN ได้เสนอวิธีการคำนวณที่หลากหลายสำหรับการเปลี่ยนเกียร์อย่างต่อเนื่อง

เพื่อเพิ่มอายุการใช้งานของเกียร์ส่งกำลังและลดขนาดของมัน นอกจากการปรับปรุงวัสดุ การรักษาความร้อน และโครงสร้างแล้ว ยังได้พัฒนาเฟืองฟันโค้งแบบวงกลม ในปี 1907 FRANK HUMPHRIS ชาวอังกฤษได้ตีพิมพ์ประวัติฟันรูปวงกลมเป็นครั้งแรก ในปี พ.ศ. 2469 ERUEST WILDHABER ชาวสวิสได้รับสิทธิในสิทธิบัตรของเฟืองท้ายแบบโค้งกลมปกติ ในปี พ.ศ. 2498 MLNOVIKOV แห่งสหภาพโซเวียตเสร็จสิ้นการวิจัยภาคปฏิบัติเกี่ยวกับเฟืองฟันเฟืองโค้งและได้รับรางวัลเหรียญเลนิน ในปี พ.ศ. 2513 RMSTUDER ซึ่งเป็นวิศวกรของบริษัท ROLH ROYCE ในสหราชอาณาจักร ได้รับสิทธิบัตรของอเมริกาสำหรับเกียร์อาร์คทรงกลมคู่ อุปกรณ์ประเภทนี้ได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ และมีบทบาทสำคัญในการผลิต

เกียร์เป็นชิ้นส่วนกลไกชนิดหนึ่งที่มีฟันที่สามารถประกบกันได้ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบส่งกำลังทางกลและสนามกลทั้งหมด เทคโนโลยีเฟืองสมัยใหม่มาถึงแล้ว: โมดูลเฟือง 0.004-100มม.; เส้นผ่านศูนย์กลางของเฟืองมีตั้งแต่ 1 มม. ถึง 150 ม. กำลังส่งสามารถเข้าถึง 100,000 กิโลวัตต์ ความเร็วในการหมุนสามารถเข้าถึงหลายแสนรอบต่อนาที ความเร็วรอบสูงสุดคือ 300 ม./วินาที

ด้วยการพัฒนาการผลิต ความเสถียรของการทำงานของเกียร์จึงได้รับความสนใจ ในปี ค.ศ. 1674 โรเมอร์ นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์กได้เสนอให้ใช้อีพิไซคลอยด์เป็นเส้นโค้งรูปฟันเป็นครั้งแรกเพื่อให้ได้เฟืองที่เสถียร

ในช่วงการปฏิวัติอุตสาหกรรมในศตวรรษที่ 18 เทคโนโลยีเกียร์พัฒนาขึ้นอย่างรวดเร็ว และผู้คนได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับเกียร์เป็นจำนวนมาก ในปี ค.ศ. 1733 Cami นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสได้เผยแพร่กฎพื้นฐานของการประกบกันของฟัน ในปี พ.ศ. 2308 ออยเลอร์ นักคณิตศาสตร์ชาวสวิส ได้เสนอให้ใช้การม้วนงอเป็นเส้นโค้งรูปฟัน

เครื่องกัดเฟืองและเครื่องขึ้นรูปเฟืองปรากฏขึ้นในศตวรรษที่ 19 เพื่อแก้ปัญหาการผลิตเฟืองความแม่นยำสูงจำนวนมาก ในปี พ.ศ. 2443 แพรฟต์ได้ติดตั้งอุปกรณ์ดิฟเฟอเรนเชียลสำหรับเครื่องกัดเฟือง ซึ่งสามารถประมวลผลเฟืองเกลียวบนเครื่องกัดเฟือง ตั้งแต่นั้นมา การกัดเฟืองโดยเครื่องกัดเฟืองก็ได้รับความนิยม และการประมวลผลเฟืองด้วยวิธีการสร้างก็ได้เปรียบอย่างท่วมท้น และเฟืองม้วนกลายเป็นเฟืองที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

ในปีพ. ศ. 2442 Lasher เป็นคนแรกที่ใช้โครงร่างของเกียร์ดัดแปลง เกียร์ที่ปรับแต่งแล้วไม่เพียงแต่สามารถหลีกเลี่ยงการตัดอันเดอร์คัทเท่านั้น แต่ยังปรับให้พอดีกับระยะกึ่งกลางและปรับปรุงความสามารถในการรับน้ำหนักของเกียร์อีกด้วย ในปี พ.ศ. 2466 ไวล์เดอร์ ฮับเบิลแห่งสหรัฐอเมริกาได้เสนอเฟืองที่มีลักษณะฟันโค้งเป็นวงกลมเป็นครั้งแรก ในปีพ.ศ. 2498 Sunovikov ได้ทำการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับเกียร์อาร์คแบบวงกลม จากนั้นจึงนำเกียร์อาร์คแบบวงกลมมาใช้กับการผลิต ความสามารถในการรับน้ำหนักและประสิทธิภาพของเฟืองชนิดนี้ค่อนข้างสูง แต่การผลิตไม่ง่ายเท่ากับเฟืองม้วนงอ ซึ่งจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม