齒輪的歷史發展幾乎與人類的文明同步，早在西元前 2000 年左 右，中、外歷史上就已有使用齒輪的記載，齒輪機構可以說是人類最 古老的機械元件之一。但是一直要到十七世紀後半葉，才有齒輪齒形 的理論研究，並主要製造方法是利用成形銑刀銑削輪齒，加工效率低。
近代的齒輪工業技術要等到19 世紀末，齒輪加工技術有所突破之後才 突飛猛進。換言之，近 100 多年來的齒輪技術發展史，可以說就是齒 輪加工技術的發展史。
齒輪基本原理：在電腦尚未普及的年代， Backingham [2]於 1949 年著述” Analytical Mechanics of Gears ”，以解析幾何的概念，引導著齒 輪界由最基本的齒輪概念，逐漸深入齒輪結構的領域。Litvin[6] 於1994 提出 “Gear Geometry and Applied Theory”,完整而系統介紹齒輪原理與 數學的結合，對齒輪的發展貢獻卓著。而 Su 等人[3]於 1997 年提出探 討餘擺線的特性和應用於齒輪齒根圓角上的研究，實際推導齒條刀上 各點於切製齒輪時，餘擺線的路徑，以此驗證齒形過切的方法。
齒輪過切原理：Chang 等人[4]則於 1995 年，利用齒條刀創成原理 滾製橢圓形齒輪，並提出其數學模式與過切分析。Chen 等人[5]於 2005 年，探討以齒形轉位及齒形修整方式來避免齒形過切，做為少齒數齒
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輪之設計。Litvin[6]並提出齒形過切的完整理論，以獲得不產生齒形過 切的條件，從此理論中亦可得到過切的衍生應用。
刮 齒 刀 製 程 研 究 ：Kuang 等 人 [7] 於 1996 年 提 出 放 刮 滾 刀 (Pre-Shaving Hob Cutter)，齒形瘤頭(Protuberance)參數研究，刮前滾刀 齒頂瘤頭的軌跡，以得到一個適當的過切情況，並討論這軌跡與最終 刮齒後齒形的相互關係。Kim 等人[8]於 1996 年提出一套利用二維平面 之等效正齒輪，近似刮齒刀與齒輪嚙合之刮齒刀設計軟體。Kosal[9]於 1998 年說明四種刮齒方法基本概念。Miao 和 Koga[10]於 1996 年提出 一項齒輪齒形修整之直進式刮齒技術。Moriwaki 和 Fujita[11]於 1994 年發表齒輪刮齒之電腦模擬模與精加工齒形刮齒之效果。Lu 等人[12]
於2000 年提出彎曲應力造成刮齒刀彎曲撓度是造成齒形不佳之主要原 因。Litvin[13]於 2001 年提出以電腦模擬正齒與螺旋齒輪刮齒狀況，研 究小齒輪刮刀齒面的修正，以得到合適的齒形與導程精度。Litvin[6]
提出三維交錯軸螺旋齒輪之基本嚙合條件，以利刮齒刀之設計。Lu 和 Yang[14]於 2002 年為解決刮齒不欲見到之齒形中凹，提出刮齒刀不等 深度之挿槽深的設計。Hsu 和 Fong[15]研究刮齒刀挿槽排列於直進式刮 齒時對齒面粗度之影響。Hsieh 等人[16]於 2005 年提出利用瘤頭滾刀滾 製刮齒刀讓槽討論其結構之強度分析。Chen 等人[17]於 2005 年提出一 種新型加工刮齒刀根部讓槽的專利。Chang 等人[18]於 2005 年提出一 種新型刮齒刀根槽齒形之應力分析。Chang 等人[19]於 2006 年提出刮 齒刀根槽以滾製之新技術，分析其齒根強度，並驗證較之傳統鑽孔和 銑製之讓槽有較佳的強度與加工效率。Hsieh 等人[20]於 2007 年發表刮 齒刀讓槽之創新製程與習用鑽孔製程，比較其讓槽加工製造優劣與結 構強度分析。兩種最佳化設計法，一為全域搜尋法，基於便捷的考慮，
僅討論幾何形狀，另一種為二次序列規劃法結合 MOST[22-23]最佳化
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設計之方法。
負向角刀具製程研究：Liu 和 Chang[24]於 2003 年提出一種螺旋 形切刀，以滾製的方式，一次切製過程中即將此螺旋形切刀三個切削 角度加工完成。Hsieh 等人[25]提出以特殊齒條刀齒形滾製負向角刀 具，並討論與習用技術之優劣差異分析。
滾齒刀容屑槽製程研究：Chang[26]於 2003 年提出以成型銑刀銑製 滾齒刀之螺旋容屑槽，推導其數學模式並探討 ZK 型蝸桿加工原理應用 於此之誤差分析。Fang[27]於 1996 提出 ZK 型蝸桿之數學模式推導，
並以節圓增徑方式之蝸輪滾齒刀切製蝸輪，探討其誤差分析。Chen 等 人[28]於 2005 年提出滾齒刀之牙口數與容屑槽數對滾齒後，對齒輪之 齒形與導程的誤差分析。Chen 和 Hsieh [42]於 2008 年提出刀具容屑槽 之形成方法之專利。
本論文即以上述相關理論為基礎，設計齒條滾齒刀，提出有別於 傳統加工方法，採用滾製的創新製程應用於刮齒刀齒根讓槽、完全過 切的負向角刀具齒形與滾齒刀容屑槽等的研究與開發。
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表 1.1 台灣歷年齒輪供需分析表[1]
單位：億 元(NT$) 項 目 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 產 值 (1) 28.1 27.4 35.5 34.4 34.3 33.6 30.4 34.8 34.8 44.2 進 口 值 (2) 127.4 103.0 190.0 121.6 104.6 130.1 93.3 111.9 139.1 175.5
出 口 值 (3) 1.3 2.3 3.0 2.3 3.3 5.3 3.7 5.1 9.1 11.4
巿 場 需 求 154.2 128.1 222.5 153.7 135.6 158.4 120.0 141.6 164.8 208.3 出 口 比 率 4.6% 8.4% 8.4% 6.7% 9.7% 15.7% 12.1% 14.7% 26.1% 25.8%
自 給 率 18.2% 21.4% 16.0% 22.4% 25.3% 21.2% 25.3% 24.6% 21.1% 21.2%
進口依存度 82.6% 80.4% 85.4% 79.1% 77.2% 82.1% 77.8% 79.0% 84.4% 84.3%
註：(1) . 資 料 來 源 ： 經 濟 部 統 計 處 ， 中 華 民 國 台 灣 地 區 工 業 生 產 統 計 月 報 此 值 並 不 包 含 自 製 自 用 部 分 和 齒 輪 箱 等 齒 輪 系 統 組 件 (2) . 資 料 來 源 ： 海 關 進 出 口 統 計 月 報 。
(3) . 資 料 來 源 ： 海 關 進 出 口 統 計 月 報 。
台灣齒輪市場趨勢圖
0 50 100 150 200 250
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 年度 億元(NT$)
產值 市場需求
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