齒輪簡史：圓弧齒形的出現

1907 年，英國人 Frank Humphris 提出了圓弧也能做為齒形的論述。圓弧齒形在使用壽命和減小尺寸方面有一定優勢，因此在現代工業中也逐漸發顯露頭角。
Wildhaber-Novikov齒輪。瑞士出生的歐內斯特·懷德哈伯 (Ernest Wildhaber)，他在 1919 年移民到美國，並就職於格里森(Gleason) 公司。不久之後，於 1924 年，這位著名的齒輪科學家懷德哈伯發明了戟齒輪(hypoid gearing)。與螺旋傘形齒輪相比，戟齒輪多了一個偏移量 (offset)，可將後輪驅動車輛的車身降低 50mm 或更多。在 1926 年，懷德哈伯更發明了圓弧齒形齒輪，使用圓弧齒條銑刀切削具圓弧齒形的螺旋齒輪。



約 莫 30 年後的 1955 年， 當時蘇聯(今俄羅斯)工程師，米哈伊爾 ˙ 諾維科夫(Mikhail Novikov) 發明了一種類似的系統，該系統的齒形在橫截面 ( 軸直角斷面 ) 上呈圓弧形。Novikov 完成了圓弧齒形齒輪的實用研究，並獲得列寧勳章。



由於兩個獨立開發的相似性，具有圓弧齒形的圓柱齒輪被稱為 Wildhaber-Novikov齒輪。齒輪的齒形不僅是圓形的，而且齒輪的齒溝還具有半圓形的外觀，並讓人聯想到鏈輪的形狀。圖 4顯示出齒輪槽的輪形具有兩個相等的半徑，並在齒根中以較小的半徑連接，並與齒腹半徑混合。小齒輪齒形半徑小於大齒輪的齒形半徑，並在頂部以直線連接。



齒輪簡史：現代齒輪加工的現況及展望
近代，齒形的研究也因為數學理論及電腦與加工技術的發展，各大專院校機械相關科系也相繼投入齒形、切削等理論的研究，齒輪機械製造商也將理論化為實際的製造方法，由 2D、2.5D 發展成 3D。
齒形 3D 數學模型的建立，使得齒輪加工法擺脫了既有的創生加工框架。因特殊的需求而結合各種不同曲線的複合曲線，也因為以 3D 切削加工理論所發產出 CNC 加工技術為基礎，讓複合曲線的加工得以實現。



切削理論的深入研究與刀具材料的長足進步，再藉助多軸加工中心 (CNC工具機 )的 3D 切削加工 (減法加工 )、3D 列印加工( 加法加工 ) 及 3D 加法減法複合加工，配合放電加工、雷射加工等，一同邁入幾乎是任何形狀、任何曲線都能被加工的新紀元。
如螺旋空壓機上轉子 ( 如下圖 ) 的複合齒形之加工，就是這種技術的最佳證明。



另外，前述的圓弧齒形，原本在創生 (連續) 加工上的難度頗高，也隨著 3D CNC 切削加工技術的發展變得輕而易舉。若再能結合 3D 研削 ( 研磨 ) 加工，想必會為高精度少量製造帶來寬廣的空間。
當然啦，傳統齒輪加工界的腳步也沒有停歇，各 CNC 齒輪加工機製造廠商配合新加工理論，也陸續推出高效能的機台，搭配即時檢測、即時補償的機制，使得傳統齒輪加工機也不落人後地展現令人驚艷的成果。
未來，以 AI 人工智能為助力，齒輪理論及製造會以什麼面貌展現在世人之前，請大家拭目以待。
【齒輪簡史】已刊登完畢，2021 年元月起將刊登 【齒輪 ABC 之 A】。