第64章 渐开线齿轮（庆春节及推荐票满千，今明两日十更，此为第一更）

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普通人印象中的齿轮，大多是一个圆盘上排列着许多矩形的轮齿，实际上早期齿轮也确实是这样的。但是想象一下，齿轮做的是圆周运动，而矩形齿是有棱有角的，这样的齿轮转动起来必然是不顺滑的，轮齿之间相互碰撞摩擦会导致传动一顿顿的。低精度条件下可以无视，但一旦对精度有了追求，这一点就必须重视起来了。

如果把轮齿做成弧形的，就能改善这样的卡顿，但是具体应该是怎样的弧形？简单的圆形？还是特殊的椭圆？还是抛物线或者别的曲线？

历史上的机械学家早就用几何学计算出了最佳方案，那就是渐开线曲线。（此处省略若干字）。

以渐开线为形状制造的两个齿轮，可以始终稳定地啮合在一起，把齿轮传动变得像两根传动轴直接摩擦传动一样顺滑。

这是工科人士的常识，但是常识归常识，后世又不用亲自制造齿轮，只要选择合适的齿轮买回来组装就行了，所以渐开线这些知识考完试就还给老师了。工业部的这群二把刀们，虽然一个个都知道渐开线齿轮的必要性，但楞是一个记得渐开线是什么的都没有，更别说如何制造了。所以之前机械组制造的机械，都尽量避开齿轮传动的设计，实在无法避免的时候，才拿直齿齿轮凑合一下，在傻大粗黑的时代也勉强能用了。

但这终究不是长久之计，机械组的组长孙清南从去年开始就在试图推导渐开线的原理。他几乎从欧几里得几何学开始，把整个古典几何学体系重新推导了一遍，为东海觅天台和文化部贡献了不少教材。到了今天，终于把渐开线原理推导出来了！

当公式写在纸上的时候，才发现一切居然是这么简单。就连曾经发怵的加工方式，也只不过是一把直齿的滚刀罢了。

……

十六天后，东山工坊。

“老孙，你们这刀怎么就一个齿啊？”季国风指着一台简陋的机械，转过头来问孙清南。

“没办法，我们的加工水平你还不清楚？想做出后世那种多齿的花式滚刀几乎是不可能的，只能先做一个齿，多转几圈吧。”孙清南耸耸肩，无奈地说。

工坊中今天挤了不少人，工业部几乎全来围观机械组的第一次渐开线齿轮加工了。这些天来，机械组777工作，好不容易拼出一台齿轮加工机械。这齿轮加工说起来简单，做起来难，要保证刀具和工件按一定的速比相对转动，实在是不容易，机械组不得不采用了不少旧式的直齿轮，误差很大，只能勉强实验用。

孙清南拿出一片穿孔的木圆片，固定在一根转轴上，然后转动起齿轮机右侧的动力转盘来。转盘带动机械内部的齿轮组，使上方的刀具快速旋转起来，而下方的木圆片则缓慢地转动着。两者转动方向互相垂直，接触后，刀具很快在木片上切出一个小口，然后快速转动切割不断将切口扩大。过了一会儿，随着动力转盘的不断转动，木片上一个个轮齿渐渐显现出来，有了齿轮的模样。等到木片转完一整圈，齿轮差不多就成型了，但孙清南继续转着让刀具对它进行修整，一直让它转了三圈，才取下来，交给围观群众传看，又开始加工第二个木齿轮。

由于机械的精度问题，这个木齿轮很不完美，轮齿边缘很粗糙，偶尔还能找到两个小缺口，仔细看的话，每个齿的大小都略微有些区别。但即使是这样的齿轮，也比之前粗制滥造的直齿齿轮强多了。等孙清南加工出第二个木齿轮之后，季国风把两个齿轮套到两根轴上，然后靠近相互啮合，随意拨了一下，两个齿轮顺滑地转动起来，围观群众禁不住鼓起了掌。

由于加工技术和材料的限制，机械组现在只能加工容易切削的木齿轮，而且精度还不怎样。下一步，他们计划批量加工一批，选出最好的，用这些刚加工出的渐开线齿轮去替代齿轮加工机中的直齿齿轮，以提高加工精度，之后再把这个过程重复几次，等到精度提升到一定程度之后，再尝试加工软金属例如铜质的齿轮。铜齿轮的稳定性将比木齿轮有较大的提升，到时候可以再次回头提升加工机械的精度，之后再用来制造更精确的刀具和齿轮。

这样反复迭代的过程可能要持续数月甚至数年，直到做出高效率的刀具和加工机械、培养出熟练的工匠之后，渐开线齿轮才能大量采用。

虽然痛苦、漫长又无奈，但这就是工业发展的必经之路啊。

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