UK 08英国齿轮加工机床的谱系

钟表切齿机与齿形理论（约 1670—1850 年）

用机器切削轮齿的技术始于钟表制造。钟表齿轮小、齿数多，而且必须准确等分。于是钟表匠把让齿轮坯料旋转并每次停在一定角度的分度盘与小型旋转锉刀（即后来的铣刀）组合起来，使用切齿机（wheel-cutting engine）。据 Woodbury 的《History of the Gear-Cutting Machine》（1958），文字记录中英国的切齿机见于 Robert Hooke 的日记，约在 1670 年构想出来。London 的 Science Museum 保存着一台与之非常相似、约 1672 年的切齿机，Woodbury 写道它大概是现存最古老的切齿机^[1]。分度盘、决定切深的螺杆、用手摇曲柄转动的成形刀具——后来齿轮加工机床的基本要素此时已经齐备。

18 世纪，York 的钟表匠 Henry Hindley 制造了坚固得多的切齿机。工程师 John Smeaton 于 1741 年秋见到这台机器，后来在皇家学会的论文中作了介绍。据 Woodbury 所述，它除了箱形框架和决定切深的测微螺杆外，还在蜗杆端部加了 60 等分的刻度，具备能分出分度盘上没有的齿数的差动分度机构。这比铣床分度头出现同样的思路早了 150 多年。它还能让刀具平行于坯料轴线移动，把齿槽底部切平^[1]。1783 年 Samuel Rehé 的切齿机把框架做得更重，并把分度盘加大到 19 英寸（约 480mm），展现了从钟表工具向切削机械齿轮的机器过渡的样貌^[1]。

滚齿的思路也出现在这个时代英国的仪器制造中。以刻度分度机闻名的 Jesse Ramsden，1768 年用在螺杆（蜗杆）上开出刃口的工具切削了轮齿。Woodbury 认为这是用滚刀切齿的第一个例子。不过，这是为制造仪器而做的单件工作，并不是用于生产的机器^[1]。

把齿形理论带到现场：Hawkins、Buchanan、Willis

大型机械的齿轮长期用木头或铸铁制造，齿形靠工匠的经验来定。随着蒸汽机和工厂动力传动使齿轮的负荷和速度提高，就需要能正确确定齿形的理论。Woodbury 列举了 3 位把法国数学家的理论“翻译”给英国工程师和现场的人^[1]。

第 1 位 John Isaac Hawkins 于 1806 年把 Camus 关于齿形的论文译成英文。初版中混入了他人的错误，引发了长达 30 年的争论；但他在 1837 年第 2 版的补记中阐明：采用渐开线齿形时，大小不同的齿轮也能以相同的齿距啮合，中心距稍有偏差也能正确转动。Woodbury 写道，其背景是像螺纹车床的交换齿轮那样、把许多齿轮换着组合使用的机器越来越多^[1]。第 2 位 Robertson Buchanan 在 1808 年的《Essay on the Teeth of Wheels》中，给出了让没有受过数学教育的水车木工（millwright）也能用圆规和直尺画出齿形的表格和步骤^[1]。

第 3 位是 Cambridge 的 Robert Willis。Willis 把齿轮放进机构学（mechanism）的体系中，整理了锥齿轮和交错轴斜齿轮的几何关系。对现场齿轮起作用的有以下 3 点。首先，他提倡渐开线齿的压力角 14.5°（正弦值约为 1/4 的角度，后来也被 Brown & Sharpe 的制式所沿用）。其次，他给 Manchester 当时使用的轮齿大小表示法取名为diametral pitch（径节，即每英寸直径的齿数），并给出了与周节的对照表。然后在 1838 年，他构想并命名了一种用 2 段圆弧近似画出齿形的带刻度的尺子——齿形绘制尺（odontograph），并发表了制作方法和数表^[1]。1864 年 William Fairbairn 的《Treatise on Mills and Millwork》附图说明了 Willis 的齿形绘制尺，并写道它是纸板或木制的刻度板，可在 London 的 Holtzapffel（以装饰车床闻名的作坊）买到^[3]。只要能在绘图板上画出正确的齿形，就能按这个形状做出成形刀具和木模。理论就这样变成了工厂的工具。

工程师的齿轮加工机床：Fox、Roberts、Bodmer、Whitworth

到了 1820—1840 年代，出现了不再是钟表匠的工具、而是切削工厂大型齿轮的工程师的齿轮加工机床。据 Woodbury 所述，约 1820 年 James White 在著作中展示了能切削斜齿轮和螺旋锥齿轮的切齿机；Derby 的 James Fox 在 1833 年以前就在使用一种切齿机：把坯料竖直装在车床般坚固的床身上，用分度圆筒和螺杆进行分度（主要用于加工铸造齿轮的木模）^[1]。在 Manchester，一台据说出自 Richard Roberts、约 1824—1834 年的齿轮加工机床，用交换齿轮对齿数进行分度，并可倾斜刀具头来切削锥齿轮。据说这台机器到 1908 年仍在英国的工厂里使用^[1]。

出生于瑞士、在 Manchester 设厂的 John George Bodmer，在 1839 年 5 月 29 日的英国专利第 8,070 号中，展示了一种用成形铣刀切削直齿轮、并带有内齿轮、锥齿轮、蜗轮和齿条附件的齿轮加工机床。加工金属齿轮用的刀具为便于淬火而采用分体式。Woodbury 写道，成形刀具的重磨既费工又费钱^[1][2]。

接下来是 Joseph Whitworth。Whitworth 以平面和螺纹的基准闻名（第 1 章），在齿轮加工机床上也走在最前面。Woodbury 把 1834—1844 年 Whitworth 的机床视为第一台同时具备渐开线成形刀具、齿轮分度、由皮带和蜗杆驱动的动力刀具的齿轮加工机床，并认为到 1851 年已经造出了带自动进给的型号^[1][2]。此外，在 1835 年 6 月 11 日的英国专利第 6,850 号中，他展示了一种用齿轮系把坯料和滚刀按准确的速比联结起来旋转、以切削蜗轮的机器。Woodbury 把它定位为第一台把滚齿用于生产的机器，也是第一台展成渐开线齿的机器（只能切削斜齿轮和蜗轮）^[1]。后来滚齿机的核心——“用齿轮使刀具和坯料的旋转同步”的思路，在这里已经出现。

在现场有什么用？今天的蜗轮仍然用与配对蜗杆形状相同的滚刀来切削。保持蜗杆与蜗轮的轴线成直角，让滚刀与坯料按一定速比旋转——这与 Whitworth 专利的思路相同。英国旧图纸上出现的“D.P.（diametral pitch，径节）”和压力角 14.5°，是 Willis 以来英美制式的遗留，不能直接与采用模数和压力角 20° 的现代齿轮啮合。

齿轮工厂与齿轮加工机床厂家（1851—1906 年）

到 19 世纪中叶，英国的齿轮加工机床已经成为生产用的机器。Woodbury 举了 1851 年 Leeds 的 Shepherd, Hill and Spink 的机床为例。刀具的驱动仍然靠绳索，但它具备自动进给，并用交换齿轮分度^[1]。Woodbury 总结说，到 1850 年，成形刀具、样板、展成这些齿形加工的所有方式都已成为生产用的机器，英国的机械设计者（比美国更早）已经能够大量使用切削正确的直齿轮、锥齿轮和蜗轮副^[1]。

1856 年 12 月 6 日，Christian Schiele 在英国专利第 2,896 号中，展示了一种用齿轮使坯料和滚刀按正确速比旋转，切削直齿轮、斜齿轮和蜗轮的机器。Whitworth 的机器只能切削蜗轮，而它的新颖之处在于把滚刀与坯料轴线成直角布置，也能切削直齿轮；Woodbury 把它视为滚齿机这种型式的开端。不过，它是否真正投入使用并不清楚，滚齿机的普及是大约 40 年以后的事^[1][2]。Woodbury 把原因归结为：齿形仍以摆线为主，滚刀难以制造；批量生产的需求还没有到来；滚刀淬火后难以精加工成正确的形状^[1]。

David Brown：从木模作坊到齿轮工厂

后来成为英国最大齿轮厂家的 David Brown，1860 年在 Huddersfield（Yorkshire）以模型作坊（pattern maker，木模制作）起家，擅长铸造齿轮的木模。据 1935 年采访该厂的 The Engineer 杂志报道，儿子们加入后开始制造齿轮本身，引进了能准确等分齿距的机器，并研究了易于制造的齿形。1890 年第一台齿轮加工机床引进后，切削齿的齿轮明显胜过铸造齿轮，齿轮工厂逐渐超过了木模工厂^[6][7]。1902 年在 Lockwood 建起新的 Park Works，1903 年已在生产标准化的蜗轮减速器。从 1906 年前后起，因汽车和卡车的需求而着力发展蜗轮蜗杆^[6]。

Manchester 与 Rochdale 的齿轮加工机床厂家

在制造齿轮加工机床的一方，Manchester 的公司引人注目。据 Woodbury 所述，1877 年批量生产用的自动齿轮加工机床由英美 3 家公司同时推出：美国的 Brown & Sharpe 和 Gould & Eberhardt，以及英国的 Craven Brothers^[1][9]。这种机器装上坯料后会自动切到最后一个齿并停止，一个人可以同时照看好几台（美国方面的情况见美国齿轮机床一章）。在 1900 年的巴黎世博会上，Manchester 的 Smith & Coventry 展出了用 2 把刀具同时切削一个轮齿两侧的锥齿轮加工机床^[1]。

Rochdale 的 John Holroyd & Co.，据该公司沿革，1860 年在 Manchester 作为机床和纺织机械的店铺起家，后来迁到 Rochdale（Milnrow）^[8]。1897 年，它取得了一项不用车刀而用铣刀加工螺纹的螺纹铣削（thread milling）机床专利。Steeds（1969）认为，是担任工厂负责人的 Liebert 在 1897 年取得专利，由 Holroyd 制造。在美国，Henry Liebert 的“Machine for Milling Screws”也于 1900 年获得授权^[8][2][10]。螺纹、蜗杆和滚刀同属“螺旋”一族，Holroyd 把这项技术扩展到了蜗轮蜗杆和滚齿机上。Steeds 的书以图版刊载了 1904 年 Holroyd 的滚齿机；1906 年，Engineering 杂志配照片介绍了在 London Olympia 机床展上展出的 Holroyd 滚齿机^[2][13]。同一篇文章把齿轮滚齿机和凸轮切削机列为因汽车工业的发展而诞生的新机器^[13]。

在汽车齿轮方面，Frederick W. Lanchester 的工作也不容忽视。Lanchester 在自己汽车的后桥上使用了包住蜗轮的鼓形（hour-glass，沙漏形）蜗杆，并在 1896 年设计了制造它的滚齿机^[9][2]。蜗杆传动的后桥后来成为 David Brown 的拿手领域。

在现场有什么用？英国的齿轮工厂大多从“模型作坊”起家，在 19 世纪末，从木模与铸造齿轮时代的思路（用图画出齿形再做模型）转向用齿轮加工机床切削轮齿的时代。修理英国造的旧机器时，看看齿轮是铸造原样还是切削齿，就能大致判断它的制造年代。

涡轮减速齿轮与人字齿轮（1897—1918 年）

20 世纪初，向英国齿轮制造提出最高要求的，是蒸汽涡轮的减速齿轮。涡轮擅长以每分钟数千转运转，但船舶螺旋桨只有在每分钟 100 转左右才能高效推水。要用齿轮弥补这一差距进行减速，齿轮就会很大、圆周速度很高、传递的力也非常大。哪怕轮齿有一点误差，也会表现为振动、噪声和轮齿损伤。

Parsons 与 Vespasian 号

使蒸汽涡轮船走向实用的 Charles Parsons 在 1911 年的演讲（Rede lecture）中介绍说，1897 年他在一艘长 22 英尺（约 6.7m）的汽艇上，把每分钟 2 万转的涡轮通过14 比 1 的斜齿轮减速后装上船，这是第一艘齿轮减速涡轮船^[11]。正式的试验是在 1908 年买下的货船 Vespasian（4,350 吨）上进行的。拆掉往复式蒸汽机，改装成高压和低压 2 台涡轮各自驱动每分钟 1,400 转的小齿轮、与推进轴上 70 转的大齿轮啮合的形式后，节煤 15%，修整螺旋桨后达到 22%^[11]。据 Parsons 1913 年的论文，此后齿轮减速涡轮推广到货船、英吉利海峡的客船和军舰上，连同在建的船只合计超过 12 万马力^[14]。

Muir 的滚齿机与齿轮发出啸叫的原因

切削这些齿轮的，是 Manchester 的 William Muir & Co. 的滚齿机。据 Parsons 1913 年的论文，为了亲自验证对齿轮精度的要求，1910 年他在 Parsons Marine Steam Turbine Company 的工厂引进了 2 台 Muir 制造的滚齿机，又给制造发电机和轧机齿轮的 C. A. Parsons & Co. 引进了 2 台同型机。到 1913 年，这 2 台合计切削了约 5 万马力份的齿轮^[14]。1960 年 Electrical Review 杂志的讣告称，Muir 负责技术的董事 W. Owen 是与 Parsons 合作设计第一台涡轮齿轮滚齿机的人^[17]。

然而，做出的齿轮发出了啸叫。Parsons 在齿轮箱上方悬挂麦克风，用记录仪（示波器）分析声音。结果发现，声音的频率是齿轮转速的 160 倍，也就是与驱动滚齿机工作台的分度蜗轮的齿数 160周期相同。分度蜗轮的微小误差以同样的周期复制到被切齿轮上，从而形成了噪声。测量发现，误差的排列周期与分度蜗轮的齿相同^[14]。起初用弹簧支承小齿轮的轴承来减轻噪声，但 Parsons 认为这是不完善的对策，于是寻找提高轮齿本身精度的方法。

蠕动（creep）机构（1912 年）

Parsons 与 Carnegie、Cook 于 1912 年 12 月 20 日申请的英国专利（1913 年 12 月公开），就是蠕动机构（creep mechanism）^[20]。在装有分度蜗轮的工作台上再叠放一层工作台，用齿轮使放置坯料的上层工作台比下层工作台每转超前 1%，缓缓向前“蠕动（creep）”。下层工作台慢转 1%，使坯料的转速保持不变。这样一来，分度蜗轮的误差就不再排列在通过齿轮轴线的平面上，而是沿齿轮周向呈平缓的螺旋状分散开来。坯料每转一圈，滚刀都在稍微错开的位置切削，误差的峰值在反复切削中被抹平；按 Parsons 的说明，残留误差降到原来的约 5 分之 1^[14]。Steeds 写道，这种“蠕动”法是在此后不久由 Parsons 及其同事开发的^[2]。1936 年客轮 Queen Mary 号的减速齿轮，也是用配备蠕动机构的滚齿机切削的^[30]。

切削人字齿轮：Sunderland 与 Sykes

涡轮减速齿轮常常使用人字齿（双斜齿、herringbone）齿轮。斜齿轮啮合平稳，但会产生轴向推力。把左右旋向相反的斜齿并排，就能抵消这个力。但是用滚刀切削人字齿时，为了让滚刀退出，左右齿之间需要中央退刀槽，齿轮因而变宽变重。设计出消除这道槽的机床的，是 Sunderland 和 Sykes。

Sam Sunderland（其事业后来由 Keighley Gear Company 继承）在 1903 年取得切削斜齿轮和蜗轮的机器、1907 年取得锥齿轮展成机的英国专利之后，于 1908 年 10 月 8 日申请了用齿条形的多刃刀具展成直齿轮的齿轮刨床专利（美国专利 948,830 于 1910 年授权）^[12][15]。刀具往复运动，其间一边滚动坯料一边进给刀具。据 Steeds 所述，它的巧妙之处在于加入了把刀具退回几个齿的“步退（step back）”动作，使刀具不必做成齿轮整圈那么长；从 1909 年前后起由 Shipley 的 J. Parkinson & Son 制造^[2]。1912 年，他还申请了用齿倾斜成螺旋角的齿条形刀具、无中央退刀槽地切削人字齿轮的专利^[19]。1917 年的 Engineering 杂志解说道，由于刃口不断轮换，发热和磨损比逐齿切削的方式少^[16]。Woodbury 也把 Sunderland 与 Fellows 的插齿机并列，作为同时切削多个齿的机器^[1]。

William Edwin Sykes 于 1911 年 7 月 17 日申请了用2 把齿轮形刀具切削人字齿轮的方法的英国专利。刀具由螺旋导杆（rifle bar，开有螺旋槽的杆）带动边扭转边往复，与坯料相互滚动，展成左右两侧的斜齿齿形^[18]。1913 年，他还申请了把 2 把刀具装在同一个往复滑台上交替切削的改进^[21]。1916 年的 Engineering 杂志介绍了 West Drayton 的 Power Plant Company 制造并自用的 Sykes 机床。它发展了美国 Fellows 插齿机的原理，左右刀具由曲柄带动往复，一直切削到中线，因此不需要滚齿人字齿所需的中央退刀槽。据说所需时间约为滚齿机的一半、用立铣刀切削时的 20 分之 1^[23]。1928 年，该公司完成了能切削直径达 9 英尺 6 英寸（约 2.9m）、齿宽达 30 英寸（约 760mm）的涡轮齿轮的 Sykes 式大型机床^[27]。

标准与磨削的开端

大约同一时期，齿轮标准的制定也跨越国界开始了。1910 年 7 月，美国机械工程师学会（ASME）与英国机械工程师学会（IMechE）在 Birmingham 召开联合会议，讨论具有互换性的渐开线齿轮制式。虽然没有得出结论，但 Woodbury 写道，此后形成了 Brown & Sharpe 制式普及的趋势^[1]。在淬火齿轮的精加工方面，1908 年 Thomas Humpage 在机械工程师学会发表了在滚齿机上装刚玉（磨料）蜗杆、精加工淬火汽车齿轮的实验。Woodbury 认为，最早尝试磨削淬火齿轮的是英国的 Humpage^[1]。这与用蜗杆砂轮连续磨削齿轮的现代磨齿（蜗杆砂轮磨齿）思路相同，磨床的历史在第 7 章 磨床中介绍。

在现场有什么用？用滚齿机切削的齿轮如果出现某种固定周期的噪声（齿轮每转一圈出现与工作台蜗轮齿数相同的峰），就要怀疑工作台驱动蜗杆和蜗轮的误差。这与 Parsons 和 Couling（后述）查明的是同一现象。现代 CNC 滚齿机用高精度蜗杆或直接驱动来转动工作台，并补偿误差，以抑制这一现象。

标准、研究与两次世界大战（1919—1945 年）

人字齿轮机床传到美国

第一次世界大战结束后不久，David Brown 买下了 Keighley Gear Company（Sam Sunderland 事业的继承者），把在大战中扩大的工厂进一步扩建^[6]。Sykes 的机床越过了大西洋。据 1925 年 11 月美国的行业杂志报道，Buffalo 的 Farrel Foundry & Machine 在 3 年前买下了 Sykes 齿轮加工机床在美国和加拿大的专利，从英国运来 4 台，开始制造“Sykes 式连续人字齿轮”。随着需求增长，Buffalo 的机床增加到 15 台，西海岸和芝加哥的齿轮公司也购买了整套机床^[24]。英国诞生的齿轮加工机床就这样推广到了美国钢铁、造纸等重型齿轮的工厂（美国齿轮机床一章）。Sunderland 的刨齿机也趋于大型化，1931 年的 The Engineer 杂志介绍了当时展成直齿轮的机器中最大的、直径 15 英尺（约 4.6m）的 Sunderland 齿轮刨床^[29]。

蜗轮蜗杆的 Holroyd 与 David Brown

两次大战之间，英国的齿轮公司凭借蜗轮蜗杆闻名。Holroyd 在 1924 年的机床展上展出了蜗轮滚齿机和蜗杆磨床^[25]；据该公司沿革，1931 年在国家物理实验室（NPL）的试验中，其蜗轮副创下了98.2% 的效率 纪录^[8]。人们往往认为蜗杆传动滑动大、效率低，但这表明只要把齿形、材料（磷青铜）和精加工做到位，就能达到接近直齿轮的效率。在 David Brown，工程师 H. E. Merritt 留下了一项 1930 年在英国申请的蜗轮蜗杆专利（在美国于 1934 年授权）^[28]。

1935 年走访 David Brown 的 Park Works 的 The Engineer 杂志，报道了这座约 2,000 人的工厂的情形：小型直齿轮和斜齿轮用Maag 的磨齿机精加工；螺旋锥齿轮用成排的多台 Gleason 机床切削；人字齿轮用插齿或刨齿的展成法加工；矿井提升机的三联斜齿轮用立铣刀切削。蜗轮用的磷青铜也由自己铸造。第一次世界大战前，它还与美国的 Timken 合作，成立了在美国生产采用本公司专利的蜗杆传动后桥的公司^[6]。据 Fraser 所写的 Harry Ferguson 传记，为 Ferguson 的新型拖拉机制造齿轮、变速箱和转向装置的也是 David Brown，这又引出了该公司自己的拖拉机业务^[49]。

英国标准（BS）中的齿轮标准

英国的齿轮标准始于 1927 年的 BS 235“Gears for Traction”（电车等用的齿轮）。1932 年的 BS 436“Machine-Cut Gears：Helical and Straight Spur”（直齿轮、斜齿轮，1940 年修订）之后，1934 年的 BS 545（锥齿轮）、1937 年的 BS 721（蜗轮蜗杆）、1941 年的 BS 978（仪表、钟表齿轮）相继制定^[26]。据 Merritt 后来所写，BS 436、545、721 不仅是尺寸互换的标准，而且是以涵盖设计、精度乃至许用载荷的“设计指南”为目标的标准^[26]。由于是英制时代的标准，不能与日本 JIS（模数、压力角 20°）的齿轮直接互换。

Merritt 的《Gears》与坦克变速箱

David Brown 的工程师 Henry Edward Merritt 于 1942 年由 Pitman 出版了英国齿轮工程的代表性教科书《Gears》^[32][33]。这本书把设计、加工到试验汇集成一册，1946 年出第 2 版，1954 年出第 3 版。Merritt 在坦克变速箱方面也留下了名字。他 1939 年 12 月在英国申请的履带车辆转向装置专利，是把变速箱和差速装置组合起来、用齿轮改变左右履带速度来转弯的方式^[31]。1943 年英国的一份调查报告在研究德国 Tiger 坦克的过程中记载，Merritt 式差速转向被用于英国的 Churchill、Cromwell、Centaur 各型坦克^[34]。准确而大量地制造众多齿轮的能力，支撑了战争的装备。

噪声的根源果然是蜗轮（1943 年）

大战正酣的 1943 年 1 月，Rugby 的 British Thomson-Houston（BTH）的 S. A. Couling 在机械工程师学会发表了关于涡轮发电机减速齿轮的研究。BTH 不用蠕动机构，而用美国制造的滚齿机切削齿轮，结果 500kW、每分钟 8,000 转的齿轮发出了“像笛声一样”的噪声。灌铅、加装飞轮等对策都不奏效；他发现噪声的频率（每秒 1,340 次）正好等于低速轴转速与滚齿机分度蜗轮齿数 120 的乘积，从而查明了原因。Couling 制作了 360 齿的新分度蜗轮，一边每次错开 1 个齿距重新切削一边提高精度，把噪声赶到了听不见的高频^[36]。30 年前 Parsons 的发现，在这里再次得到证实。

★从涡轮齿轮滚齿机到今天（1946 年—）

BS 1498 与 Grade A 滚齿机

战后，英国把切削涡轮齿轮的滚齿机本身也定为标准。据 1952 年的 The Engineer 杂志，两次大战中积累的经验汇总成了1948 年的 BS 1498（涡轮等齿轮用的滚齿机）。这是应海军部的要求，由国家物理实验室（NPL）、船级社 Lloyd's Register、滚齿机厂家和用户共同制定的标准，规定了普通生产用的 Grade B 和用于高圆周速度、传递大载荷齿轮的 Grade A 两个等级^[39]。

制造满足这一标准的机床的，是 Manchester 的 David Brown Machine Tools（原 Muir Machine Tools）。与 Parsons 一起制造第一台涡轮齿轮滚齿机的 Muir，已于 1944 年 12 月归入 David Brown 旗下^[5]。据该杂志报道，该公司长期同时生产蠕动式和整体工作台式（不用蠕动、而把分度蜗轮本身做得极其精密的方式）两种滚齿机。该公司母机的分度蜗轮是一代代由母到子重新制作、每次都减小误差而来的，据说是“现有几乎所有涡轮齿轮滚齿机分度蜗轮的曾祖父”。文章还介绍了一种看法：随着精度提高，蠕动机构正变得不再必要。第一台满足 Grade A 的机床于 1948 年交付 Birkenhead 的造船厂 Cammell Laird，它分别具有粗切用和精切用的分度蜗轮，并配备 2 套动力系统，以便停电时也能继续切削^[39]。战后 Craven Brothers 也有滚齿机部门，Muir 出身的 W. Owen 担任设计主任直到 1955 年^[17]。

研究机构与标准的完善

海军与 Vickers 成立了齿轮研究协会（Admiralty-Vickers Gearing Research Association），1949 年发表第 1 号报告，后来还编写了滚齿机安装和重新调整的指南^[40]。政府的科学与工业研究部（DSIR）战后在 East Kilbride（Glasgow 附近）建立了机械工程研究所（MERL），1959 年更名为国家工程实验室（NEL）。齿轮与机床、轮齿误差的测量是其研究的支柱之一^[41][42]。标准方面，继 1952 年的 BS 1807（涡轮等齿轮的精度）之后，剃齿刀、滚刀、成形刀具、术语、齿条形刀具的标准于 1953—1956 年相继制定。另一方面，Merritt 在 1956 年的 The Engineer 杂志上指出，涉及设计和许用载荷的 BS 436、545、721 的修订进展迟缓^[26]。

转子的 Holroyd

战后的 Holroyd 把在螺纹和蜗杆上磨炼出的切削螺旋形状的技术扩展到螺杆压缩机的转子（阴阳螺旋状的转子）上。据该公司沿革，1953 年成立了承接加工的部门 Holroyd Precision Rotors，1967 年因技术创新获得女王奖（Queen's Award），1993 年凭转子刀具磨床、2004 年凭螺纹和齿轮磨削技术再次获得女王奖^[8]。转子的齿形比齿轮复杂得多，但展成磨削和成形磨削、精确制作刀具形状的技术与磨齿机是相通的。

今天英国的齿轮加工机床

美国的 Gleason 于 1966 年在英国 Plymouth 建立了刀具工厂^[45]。Holroyd 于 2010 年加入中国重庆机电（CQME）集团，以 PTG（Precision Technologies Group）Holroyd 的名义 在 Rochdale 制造转子铣削与磨削机床、磨齿机、蜗杆磨床和搅拌摩擦焊机^[8]。David Brown 于 2016 年与芬兰的 Santasalo 合并，成为 David Brown Santasalo。该公司制造工业用齿轮装置，并承接了 Power Plant Gears、Sykes、BTH、Radicon 等老齿轮品牌装置的维护^[7][46]。现在的齿轮机床与刀具厂家见齿轮刀具与齿轮加工机床厂家，各种刀具的用法见滚刀·插齿刀·剃齿刀的页面。

在现场有什么用？修理或重新制作大型涡轮齿轮和轧机的人字齿轮时，原齿轮是“滚齿（中间有退刀槽）”还是“Sykes 式、Sunderland 式（无槽、左右齿对接）”，决定了能用哪种机床。无槽人字齿至今通常仍用插齿刀从左右两侧切削的机床或五轴机床来加工。英国制造的旧齿轮箱有时是按 Grade A／B（BS 1498）或 BS 436 的等级制造的，请确认图纸所依据标准的版本。

与日本的关联

日本齿轮加工的起步，美国和德国的机床发挥了很大作用（美国·德国一章）。英国的机床也参与其中。据会田俊夫《齿轮的技术史》（1970），1914 年日本一家专业齿轮加工厂安装了英国制造的滚齿机，这被认为是齿轮加工业者首次配置外国制造的滚齿机^[22]。这比被认为是日本第一台滚齿机的 1906 年德国 Pfauter 制滚齿机（用于造船厂和海军工厂）晚了 8 年（国产机床档案第 4 章的年表）。

在船用涡轮齿轮方面也与英国有关联。据会田所述，到大正末年，日本已基本完成了各种滚齿机的国产化，但切削军舰、商船主机涡轮齿轮的大型齿轮加工机床仍是英国的 William Muir 和美国 Westinghouse 等外国制造的产品^[22]。正如本章所见，Muir 就是 1910 年为 Parsons 制造涡轮齿轮滚齿机的公司^[14]。切削涡轮齿轮这类大型精密齿轮的机床，是国产化最晚的领域之一，由此可见英国的经验也进入了日本的造船业。

英国的齿轮标准和教科书，在英制齿轮时代也被日本的工程师阅读。不过日本战后在 JIS 中采用了模数和压力角 20° 的制式，因此齿形与英国 D.P.、14.5° 的齿轮不同。重新制作英国旧机器的齿轮时，首先要确认齿形的制式（《齿轮学习》中齿形与标准一节）。

常见问题

滚齿机的思路诞生于英国吗？

用滚刀切齿这件事本身，一般认为以 1768 年 Jesse Ramsden 的仪器制造为最早的例子。用齿轮系使坯料和滚刀同步旋转的机器，见于 1835 年 Whitworth 的英国专利（用于蜗轮）和 1856 年 Schiele 的英国专利（也可切直齿轮、斜齿轮）。不过，把滚刀轴倾斜一个螺旋角、借助差动齿轮也能切削斜齿轮，这一现代滚齿机的基本形式是由德国的 Pfauter（1897 年）总结完成的，滚齿机的广泛使用要到进入 20 世纪以后。

Parsons 的蠕动（creep）机构是什么？

这是一种机构，用来解决驱动滚齿机工作台的分度蜗轮的误差以同样周期复制到被切齿轮上、使涡轮减速齿轮发出啸叫的问题。Parsons、Carnegie、Cook 于 1912 年申请了专利。让放置坯料的工作台相对分度蜗轮每转错开约 1% 旋转，使误差沿齿轮周向呈螺旋状分散，从而消除周期性误差（噪声）。战后分度蜗轮本身的精度提高了，不带蠕动机构的滚齿机也多了起来。

中间没有退刀槽的人字齿（双斜齿）齿轮是怎样加工的？

英国诞生了 2 种方式：Sam Sunderland 的齿轮刨床（1908 年专利，J. Parkinson & Son 制造）用齿条形多刃刀具，W. E. Sykes 的机床（1911 年专利，Power Plant Co. 制造）用 2 把齿轮形刀具，把左右两侧的斜齿一直切削到中线。Sykes 的美国专利在 1922 年前后由美国的 Farrel 买下，在美国也得到了推广。

英国的齿轮标准（BS 436 等）是什么时候制定的？

最早的是 1927 年的 BS 235（电车等用的齿轮）；直齿轮、斜齿轮的 BS 436 是 1932 年（1940 年修订），锥齿轮的 BS 545 是 1934 年，蜗轮蜗杆的 BS 721 是 1937 年，仪表、钟表齿轮的 BS 978 是 1941 年。涡轮齿轮用滚齿机的标准 BS 1498 制定于 1948 年（依据 Merritt 1956、The Engineer 1952）。