1.车、铁、刨、磨
（1）车床
我们知道，车床是指以工件旋转为主运动，车刀移动为进给运动加工回转表面的机床。通常，我们可以利用车床对钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。一般而言，车床用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件。
车床由主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身组成。其中，主轴箱中等主轴是车床的关键零件。它又叫床头箱，主要是用来将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。
进给箱又叫走刀箱，也是机床不可或缺的重要组成部分。进给箱中装有进给运动的变速机构。它的工作原理就是通过调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，利用光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。
众所周知，机床是人类劳动的重要生产工具，也是社会生产力发展到一定阶段的结果。在车床的发展历程中，普通机床经经历了近两百年的历史。后来，随着电子技术、计算机技术及自动化，精密机械与测量等技术的发展与在生产中的应用，人类发明了数控车床。数控车床是一种机电一体化的新型机床。数控机床一面世就显示出了独有的优越性和远大的发展前景，使困扰人们的很多问题迎刃而解。数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床。数控车床主要分卧式和立式两大类。卧式车床又分水平导轨和倾斜导轨两种类型。
（2）铣床
铣床是指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。它主要任务是通过变铣刀旋转运动为主运动，工件（和）铣刀的移动为进给运动。铣床可以加工平面、沟槽，也可以加工各种曲面、齿轮等。此外，铣床还能加工比较复杂的型面，效率比刨床要高，在机械制造和修理部门的应用比较广泛。
铣床的种类
我们根据不同的标志可以将铣床分成不同的种类。
按其结构分台式铣床、悬臂式铣床、滑枕式铣床、龙门式铣床、平面铣床、仿形铣床等。
按布局形式和适用范围铣床分为升降台铣床、龙门铣床、单柱铣床和单臂铣床、仪表铣床、工具铣床等。
（3）刨床
刨床是指用刨刀对工件的平面、沟槽或成形表面进行刨削的直线运动机床。使用刨床进行钢铁加工，其优点是刀具较简单。不过，它的生产率较低（加工长而窄的平面除外）。所以，它的应用不是很广泛。只是用于单件，小批量生产及机修车间，而在大批量生产中往往被铣床所代替。
刨床的种类很多，根据结构和性能分类，可以把它分为牛头刨床、龙门刨床、单臂刨床及专门化刨床（如刨削大钢板边缘部分的刨边机、刨削冲头和复杂形状工件的刨模机）等。
其中，牛头刨床主要是因为它的滑枕和刀架样子像牛头故而得名。刨刀装在滑枕的刀架上作纵向往复运动，主要用来切削各种平面和沟槽。牛头刨床适合长度不超过1000毫米的中小型零件的刨削。牛头刨床的特点是调整方便，但由于是单刃切削，而且切削速度低，回程时不工作，所以生产效率低，适用于单件小批量生产。值得注意的的是，牛头刨床的主参数是最大刨削长度。
龙门刨床的名字的由来主要是因为它有一个由顶梁和立柱组成的龙门式框架结构。龙门刨床多用于加工大平面（尤其是长而窄的平面），有时候也用来加工沟槽或同时加工数个中小零件的平面。此外，大型的龙门刨床往往带有铣头和磨头，这样一来，工件在一次安装后便可以一下子完成刨、铣及磨平面等多方面工作。与牛头刨床不同，龙门刨床的主参数是最大刨削宽度。
单臂刨床是一种具有单立柱和悬臂的刨床。运行时，工作台沿床身导轨作纵向往复运动，从而完成工件的加工。单臂刨床主要用于加工宽度较大而又不需要在整个宽度上加工的工件。
（4）磨床
磨床是指用磨具或磨料加工工件各种表面的机床。磨床多用来对零件淬硬表面做磨削加工。磨具旋转为主运动，工件或磨具的移动为进给运动。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，只有少数是用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如研磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。磨床的应用广泛、加工精度高、表面粗糙度Ra值小。
①磨床发展简史
磨床是在十八世纪30年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工而被发明出来的。当时研制磨床的的国家有英国、德国和美国。在磨床被研制出来的初期，人们利用天然磨料砂轮研制了磨床。当时的磨床是在现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的。最初的磨床结构简单，刚度低，所以磨削时易产生振动。要磨出精密的工件，就需要操作工人要有很高的技艺。
首次具有现代磨床基本特征的机械在1876年的巴黎博览会展出。它就是由美国布朗—夏普公司制造的万能外圆磨床。万能外圆磨床的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。
随着科学技术的进步，磨床也在更新换代。在19世纪和20世纪之交，人造磨料的发展和液压传动的应用，从而也推动了对磨床的发展。在近代，随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床也如雨后的春笋般不断涌现。如20世纪初，加工气缸体的行星内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等先后被研制出来，为钢铁的加工又增添了新的工具。
你知道磨床的自动化开始于什么时候吗？1908年，自动测量装置于开始应用到磨床上。1920年左右，无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床，研磨机和超精加工机床等先后被研制出来并投入生产。20世纪50年代，可作镜面磨削的高精度外圆磨床又出现在人们面前；之后的60年代末，砂轮线速度达60～80米/秒的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床被研制出来；上世纪70年代，微处理机的数字控制和适应控制等技术应用在磨床，从此磨床自动化技术就成熟了。
2.钢铁的热处理
（1）淬火
将金属工件加热到适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。通常，人们也把铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺统称为淬火。在这里，我们主要介绍钢铁的淬火。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、正火等。
①奥氏体
它是碳溶于γ-Fe中的固溶体，属面心立方晶格，γ-Fe在1148℃可溶解碳2.11%，奥氏体呈多边形晶粒，在高温（727℃～1492℃）下存在，具有良好的塑性和韧性，较低的硬度和强度，所以钢材的热压力加工都在900℃以上的奥氏体状态下进行。
②铁素体
碳溶于α-Fe或δ-Fe中的固溶体为铁素体，它们是体心立方晶格，溶解的碳量有限，在914℃以下才是稳定的；727℃碳在α-Fe中的最大溶解度为0.0218%，室温只有0.0057%，它的力学性能与工业纯铁相近，塑性和韧性极好，强度、硬度很低。
③渗碳体
铁与碳组成的金属化合物为渗碳体，具有复杂的晶格结构，碳含量高达6.69%，它硬而脆，塑性几乎为零；在许多情况下渗碳体是与其它相共同存在于钢中，如渗碳体与铁素体以机械混合物形式存在的珠光体、曲氏体、索氏体。
④马氏体、贝氏体都是过饱和溶解碳超过0.0218%的铁素体是一种坚硬的不稳定的组织。
也许你要问，为什么要对钢铁进行淬火呢？事实上，淬火的目的是为了使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。此外通过淬火人们还可以得到某些具有铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能的钢铁。
淬火能够通过相变使钢强化，相变就是指奥氏体组织通过相变而成为马氏体组织。
钢的淬火工艺最早出现在中国。它的应用最早见于河北易县燕下都遗址出土的战国时代的钢制兵器。《汉书，王褒传》中的“清水焠其峰”就是对淬火工艺最早的记载了。
我们知道，淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性。所以，淬火技术广泛的应用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）的加工。
在加工过程中，通过淬火与不同温度的回火配合，我们便可以使金属的强度、韧性及疲劳强度得到大幅度提高。同时，还可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。此外，淬火还能具有特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，例如：淬火可增强永磁钢的铁磁性、可提高不锈钢的耐蚀性等。
淬火工艺主要用于钢件的加工。在加热到临界温度以上时，常用的钢原来的在室温下的组织就会全部或大部转变为奥氏体。之后，再将加热过的钢浸入水或油中使其快速冷却，奥氏体就会转变成马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。钢淬火的目的就是为了使它的组织全部或大部转变为马氏体，以提高钢的硬度，然后在适当温度下回火，使工件获得人们需要的预期性能。淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。为了这个目的，就必须选择合适的冷却方法。根据冷却方法的不同，淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火四种类型。
目前，淬火工艺广泛的应用于现代机械制造工业。机械中重要零件，尤其在汽车、飞机、火箭中应用的钢件差不多都经过了淬火处理。为满足各种零件干差万别的技术要求，过多年的研究和实践，淬火工艺也不断的发展着，现在，该工艺已经发展成多种。如，按受处理的部位，有整体、局部淬火和表面淬火；按加热时相变是否完全，有完全淬火和不完全淬火（对于亚共析钢，该法又称亚临界淬火）；按冷却时相变的内容，有分级淬火，等温淬火和欠速淬火等。
我们知道，淬火工艺过程由加热、保温、冷却三个阶段组成。下面，就以钢的淬火为例，介绍淬火工艺过程。
首先，是加热过程。加热过程中，要根据钢的相变临界点控制加热的温度。原来的钢通过加热时要形成细小、均匀奥氏体晶粒，淬火后获得细小马氏体组织。其实，在实际生产中，加热温度的选择因具体情况不同而不同。
其次，是保温过程。保温过程因加热方式、零件尺寸、钢的成分、装炉量和设备功率等因素的不同而不同。对整个淬火过程来说，保温是为了让钢件内部温度更均匀趋于一致的一个工序。对不同种类的淬火来说，保温时间的长短最终取决于在要求淬火的区域获得良好的淬火加热组织。
事实上，加热与保温都是关系到淬火质量的重要环节，因为奥氏体化获得的组织状态直接影响淬火后的性能。
最后，是冷却阶段。冷却阶段不仅能使零件获得合理的组织、达到所预期需要的性能，而且在保持零件的尺寸和形状精度方面还起着关键的作用。因此，可以说冷却是整个淬火过程的关键环节。
在冷却过程中，为了让钢中高温相—奥氏体在冷却过程中转变成低温亚稳相—马氏体，就必须让冷却速度必须大于钢的临界冷却速度。此外，钢工件在冷却过程中，其表面冷却的速度和内部的冷却速度并非是同步的。如果这两种速度的差别有足够大的话，就有可能出现大于临界冷却速度的表面部分转变成马氏体，而内部由于冷却速度小于临界冷却速度，不能转变成马氏体的现象。因此，要保证表面层都转变为马氏体就必须选用冷却能力足够强的淬火介质。这样一来，就可以保证工件的心部有足够高的冷却速度了。还有一个问题就是，如果冷却速度过快，工件的内部就会因热胀冷缩不均匀产生内应力，导致工件变形或开裂。由于以上两种相互矛盾的因素的影响，在淬火过程中，冷却介质和冷却方式的选用显得尤为重要。冷却方式的选择要根据钢种、零件形状和技术要求诸因素。
淬火的分类
淬火的方式很多，根据冷却方式的不同可以分为单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火等种类。
单液淬火就是将工件加热后使用单一介质冷却的一种淬火方式。这种淬火方式最常使用的介质是水和油。一般来说工件不能在介质中冷至室温，这是为了防止工件变形和开裂。通常，在工件冷却至200～300℃出水或油即可，接下来在空气中冷却。单液淬火的优点就是操作方便，简单易行，因而该工艺广泛应用于形状简单的工件的制作。有时候，在将工件加热后，也有先将其放在空气中待一段时间，然后再淬入淬火介质中冷却。这样做可以减少淬冷过程中工件内部的温差，从而降低工件变形与开裂的倾向。这种方法叫预冷淬火。
双液淬火就是在工件加热后，先淬入水或其他冷却能力强的介质中冷却至400℃左右，迅速转入油或其他冷却能力较弱的介质中冷却的一种淬火方式。其中，“水淬油冷”法的应用相当普遍。“水淬油冷”也就是先淬入冷却能力强的介质—水，工件快速冷却可避免钢中奥氏体分解。再在低温段转入冷却能力较弱的介质—油，这样一来，就可效减少工件的内应力，从而工件变形和开裂倾向也就大大降低了。“水淬油冷”工艺的关键把握好工件在水中停留的时间。
分级淬火也就是在工件加热后，淬入温度处于马氏体点附近的介质（可用熔融硝盐、碱或热油）中，停留一段时间，然后取出空冷的一种方式。
等温淬火是一种将工件加热后，淬入温度处于该钢种下贝氏体转变范围的介质中，保温使之完成下贝氏体转变，然后取出空冷的方式。等温淬火工艺广泛的应用于要求变形小、形状复杂，尤其同时还要求较高强韧性的零件制作工程中。
铁碳合金随着碳含量的增加，钢中体缺陷量逐渐增加，使得钢的强度、硬度，纯金属点缺陷只能靠压力加工破碎晶粒形成较多的线缺陷位错—线缺陷及结晶界—面缺陷，以提高强度和硬度。
（2）退火
退火是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却（通常是缓慢冷却，有时是控制冷却）的一种金属热处理工艺。
退火的目的在于经过对铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件进行软化，从而改善材料或工件的塑性和韧性，达到人们所需要的预期的物理性能。退火工艺因目的千差万别，常见的退火方法有重结晶退火、球化退火、均匀化退火、去除应力退火、再结晶退火，等温退火、稳定化退火、磁场退火等。
重结晶退火，又叫完全退火，是一种常用的退火方式。目前，这种退火方式主要应来加工平衡加热和冷却时有固态相变（重结晶）发生的合金。它的退火温度为该合金各种金属的相变温度区间以上或以内的某一温度。合金的加热和冷却过程都比较缓慢。而且，在加热和冷却过程中，合金各发生一次相变重结晶，所以，这种退火方式被叫做重结晶退火，通常简称退火。重结晶退火在钢加工过程中应用相当普遍。此外，重结晶退火也用于非铁合金，如钛合金的加热和冷却。
等温退火是一种普遍应用在钢和某些非铁合金如钛合金的一种控制冷却的退火方式。对钢进行等温退火的目的基本上与重结晶退火基本相同。不过，等温退火工艺操作起来比较复杂，所需的设备也比重结晶退火复杂。所以，等温退火通常主要在过冷奥氏体在珠光体型相变温度区间转变相当缓慢的合金钢的过程中使用。如果采用重结晶退火方法，上述过程往往需要数十小时，但要是采用等温退火就可以使生产周期大大缩短。而且，通过等温退火加工，整个工件组织和性能更为均匀。此外，等温退火在钢的不同加工阶段均可以采用，经济实用。
均匀化退火又叫做扩散退火。是一种主要应用在钢及非铁合金（如锡青铜、硅青铜、白铜、镁合金等）的铸锭或铸件的退火方法。均匀化退火就是将铸锭或铸件加热到各该合金的固相线温度以下的某一较高温度，然后通过长时间保温，让工件在持续保温的环境中缓慢冷却下来。均匀化退火的原理就是让合金中的元素发生固态扩散，来减轻化学成分不均匀性，其实，这一过程主要是为了减轻晶粒尺度内的化学成分不均匀性。均匀化退火所需的温度是非常高的，这是因为在这一过程中要加快合金元素扩散，以最大程度的缩短保温时间。
还有一种退火方式叫球化退火。不过，它的应用范围比较窄，是只应用于钢的一种退火方法。球化退火的目的在于用以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上20～40℃，保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体中的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。经过球化退火的钢硬度低、被切削性好、冷形变能力大。
此外，还有石墨化退火、去应力退火等退火方式。石墨化退火操作步骤就是将铸件加热到950℃左右，保温一定时间后适当冷却，使渗碳体分解形成团絮状石墨。该方法主要用来使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸铁。去应力退火是指将钢铁制品加热后开始形成奥氏体的温度以下100～200℃，保温后在空气中冷却，即可消除内应力的一种退火方法。这种方法主要用来消除钢铁铸件和焊接件的内应力。
（3）渗碳
渗碳也就是让碳原子渗入到钢表面层的过程。为了使工件的表面层具有更高的硬度和耐磨性，将低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，这样，既增加了工件表面层的硬度和耐磨性，又不影响中心部分低碳钢的韧性和塑性。渗碳主要应用于低碳钢或低碳合金钢（含碳量小于0.25%）工件的加工。经过渗碳，钢件表面的化学成分可接近高碳钢。为了使表面硬度、耐磨性和疲劳强度更高，工件在经过渗碳后还要经过淬火。这样钢件表面的特性满足了人们的需要，而且心部有低碳钢经淬火后的强韧性仍然能保持，可以承受冲击载荷。渗碳工艺目前在飞机、汽车和拖拉机等的机械零件制作中得到了广泛的应用。如齿轮、轴、凸轮轴等零件的制作中就离不开渗碳工艺。
说起渗碳工艺的历史，在中国可以上溯到2000年以前。中国最早是用固体渗碳介质渗碳。直到20世纪，液体和气体渗碳才在渗碳工艺中出现并得到推广。上世纪20年代，美国开始使用转筒炉进行气体渗碳。到了30年代，工业上开始使用连续式气体渗碳炉。70年代，渗碳工艺得到了进一步发展，真空渗碳和离子渗碳出现了。现在航空航天，轮船等行业都在利用这一技术。
渗碳工艺和其他化学热处理一样，也包括分解、吸附和扩散三个步骤。其中，分解是指渗碳介质分解产生活性碳原子。吸附是指活性碳原子被钢件表面吸收后即溶到表层奥氏体中，使奥氏体中含碳量增加。扩散是指表面含碳量增加便与心部含碳量出现浓度差，表面的碳遂向内部扩散。碳在钢中的扩散速度主要取决于温度，同时与工件中被渗元素内外浓度差和钢中合金元素含量有关。
根据含碳介质的不同，通常人们把渗碳工艺分为固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳和碳氮共渗几种类型。
固体渗碳就是把零件埋在装满固体渗碳剂的容器中加热，在高温下通过碳与催渗剂的化学反应分解出活性碳原子，渗入零件表面。固体渗碳的优点在于在各种加热炉中都可以进行，而且简单易行。缺点在于质量不易控制，周期长，劳动条件差。
3.广泛应用的工业产品
（1）轴承
轴承是为机械中常见的固定机件之一。它是一种当其他机件在轴上彼此产生相对运动时，用来保持轴的中心位置及控制该运动的机件。
①话说轴承发展史
关于轴承，在中国古籍中早有记载。1279年，郭守敬创造了天文简仪，已使用了滚子轴承的原理。真正的轴承产生于18世纪。1772年，英国的C。瓦洛设计制造球轴承，最初的轴承是应用在邮车上的。轴承的专利权在1794年被英国的沃思获取。
到了19世纪中叶，随着轴承材料、润滑剂和机械制造工艺的发展，欧洲出现了比较完善的滑动轴承。上世纪60年代后期，随着弹性流体动压润滑理论的成熟，在这一理论指导下设计成功的滚动轴承寿命大大延长了。
②轴承的分类
我们知道，轴承的种类很多，而且轴承的分类方法也很多。根据不同的标准可以分成不同种类。通常，人们根据它承受的载荷方向对其划分为径向轴承、止推轴承和径向止推轴承三类。
其中，径向轴承，又叫向心轴承，这种轴承承受径向载荷。止推轴承，又叫推力轴承，这种轴承承受轴向载荷。径向止推轴承，也叫向心推力轴承，这种轴承同时承受径向载荷和轴向载荷。
如果依照轴承工作的摩擦性质进行分类，轴承又可以分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两大类。
滑动轴承没有内外圈之分也不具有滚动体，它一般是由耐磨材料制成。滑动轴承常用于低速，重载及加注润滑油及维护困难的机械转动部位。
通常我们所见的轴承多为滚动轴承。滚动轴承是指将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。一般而言，滚动轴承是由外圈、内圈、滚动体和保持架四部分构成的。滚动轴承的优点在于使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高。滚动轴承的缺点在于与滑动轴承比较，它的径向尺寸较大，减振能力较差，高速时寿命低，声响较大。
此外，轴承还可以分为角接触轴承、外球面轴承、直线运动轴承、球轴承、深沟球轴承、推力球轴承、滚子轴承、圆柱滚子轴承。
③轴承作用
说了这么多，到底轴承有什么作用呢？从字面上来看，所谓轴承就是用来承轴的，它的作用就是用来支撑的。不过，只看到它的支撑作用还不全面。支撑只是轴承的一部分功能。轴承用来支撑的实质就是能够承担径向载荷。换个说法，它是用来固定轴的。也就是说轴承所起的作用是固定轴使其只能实现转动，而控制其轴向和径向的移动。无法想象，没有轴承的支撑和固定，电机如何工作。事实上，没有了轴承电机根本不能工作。因为如果没有了轴承的支撑和固定，轴可能向任何方向运动，而电机工作时要求轴只能作转动。以上讲的的是轴承的正面作用，此外，轴承还会影响传动。当然，我们为了提供效率就要避免和降低轴承的这个副作用。为这就要求在高速轴的轴承上实现良好的润滑。有一些轴承它本身就有自润滑功能，这种轴承我们称之为预润滑轴承。不过绝大多数的轴承必须有润滑油来起到润滑作用的。这种润滑剂就要负责减轻轴承在高速运转时，由于摩擦而增加能耗，尤其是容易带来的对轴承的损坏。
（2）齿轮
我们对齿轮并不陌生。从概念上说齿轮就是能互相啮合的有齿的机械零件。它在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛。齿轮自古有之，中国是世界上最早使用齿轮的国家之一。据史料记载，公元前300多年，希腊的亚里士多德在《机械问题》中阐述了用青铜或铸铁齿轮传递旋转运动的问题。1674年，丹麦的罗默提出用外摆线作齿廓曲线。早在公元前400～200年的中国古代就巳开始使用齿轮。中国最古老齿轮是在山西出土的青铜齿轮。此外，以齿轮机构为核心的机械装置还有反映古代科学技术成就的指南车。然而在世界上，对于能正确传递运动的轮齿形状的研究自17世纪末才真正开始。
随着生产的发展，人们对齿轮运转的平稳性越来越重视。丹麦天文学家罗默在1674年第一次提出用外摆线作齿廓曲线，以得到运转平稳的齿轮。
18世纪工业革命时期，齿轮技术得到高速发展，人们对齿轮进行了大量的研究。1733年法国数学家卡米发表了齿廓啮合基本定律；在欧洲工业革命之后，齿轮传动的应用日益广泛。起先是摆线齿轮，而后是渐开线齿轮，到20世纪初，渐开线齿轮已在应用中占了优势。1765年瑞士数学家欧拉建议采用渐开线作齿廓曲线。19世纪，滚齿机和插齿机出现，高精度齿轮开始了大批量的生产。1900年，普福特为滚齿机装上差动装置，能在滚齿机上加工出斜齿轮，从此滚齿机滚切齿轮得到普及，展成法加工齿轮占了压倒优势，渐开线齿轮成为应用最广的齿轮。
到了20世纪，齿轮制作又有了新的发展。美国怀尔德哈伯1923年最先提出圆弧齿廓的齿轮，后来经苏诺维科夫深入的研究，圆弧齿轮开始在生产中应用。圆弧齿轮的承载能力和效率都很高，但是缺点在于它制造起来比较复杂，所以，要想让它在生产中广泛应用，还有待进一步改进。
齿轮一般由轮齿、齿槽、端面、法面、齿顶圆、齿根圆、基圆、分度圆几部分组成。
轮齿简称齿，是齿轮上每一个用于啮合的凸起部分。一般，轮齿都呈辐射状排列，配对齿轮上的轮齿互相接触，可使齿轮持续啮合运转；齿槽是齿轮上两相邻轮齿之间的空间；端面是圆柱齿轮或圆柱蜗杆上，垂直于齿轮或蜗杆轴线的平面；法面指的是垂直于轮齿齿线的平面；齿顶圆是指齿顶端所在的圆；齿根圆是指槽底所在的圆；基圆是形成渐开线的发生线作纯滚动的圆；分度圆是指在端面内计算齿轮几何尺寸的基准圆。
齿轮的种类很多，一般可以可按齿形、齿轮外形、齿线形状、轮齿所在的表面和制造方法等将其进行分类。
通常，齿轮的齿形有齿廓曲线、压力角、齿高和变位几种。渐开线齿轮制造起来比较简单，所以渐开线齿轮的使用相对于其他类型的齿轮比较广泛，摆线齿轮和圆弧齿轮应用相对就少多了。
不同的压力角承载能力有不同。一般而言，小压力角齿轮的承载能力较小；而大压力角齿轮，承载能力较高。不过，大压力角齿轮在传递转矩相同的情况下轴承的负荷比较大，所以只有在特殊情况下才使用。目前，齿轮的齿高已标准化，通常都采用标准齿高。变位齿轮以其较多的优点得到了广泛的应用，当前已经遍及各类机械设备中。
按其外形分类，齿轮又可以分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗杆蜗轮几类。按齿线形状分类，齿轮还可分成直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮几种类别。如果依照轮齿所在的表面分，齿轮还可分成外齿轮、内齿轮两种。根据制造方法的不同，齿轮又有铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮之分。
齿轮的承载能力和尺寸重量通常会受齿轮的制造材料和热处理过程影响很大。上世纪50年代之前，齿轮制造多选用碳钢。到了60年代，才开始用合金钢，而70年代多用表面硬化钢。按硬度，齿面可区分为软齿面和硬齿面两种。
一般来说，软齿面的齿轮的承载能力相对比较低，不过它的优点在于制造比较容易，跑合性好。软齿面的齿轮常用在传动尺寸和重量无严格限制或者是小量生产的机械中。
相对而言，硬齿面齿轮的承载能力要高一些。这和它的制作过程是分不开的。硬齿面齿轮是在齿轮精切之后，再进行淬火、表面淬火或渗碳淬火处理制成的。这样的处理之后，齿轮的硬度得以提高。不过，在热处理过程中，不可避免使齿轮发生一些变形，所以为了消除因变形产生的误差，以提高齿轮的精度，经常在热处理之后进行磨削、研磨或精切。
齿轮制造常用材料有调质钢、淬火钢、渗碳淬火钢和渗氮钢等钢材料。由于铸钢与锻钢相比强度稍低，所以用来制作尺寸较大的齿轮。而灰铸铁的机械性能较差，所以多用来制作轻载的开式齿轮。另外，齿轮制作并非都用钢，球墨铸铁就可以部分地代替钢。塑料也可以用来制作齿轮，塑料齿轮多用于轻载和要求噪声低的地方，一般用导热性好的钢齿轮与它配对使用。
未来，齿轮发展的方向应该是重载、高速、高精度和高效率。同时，要求齿轮向尺寸小、重量轻、寿命长和经济可靠的方向迈进。而齿轮理论和制造工艺的发展重点将进一步研究减少轮齿损伤延长齿轮的使用寿命。
此外，像摩擦、润滑理论和润滑技术等也是齿轮研究中的基础性工作。对弹性流体动压润滑理论的研究，以及对合成润滑油和在油中适当地加入极压添加剂技术的推广，在提高齿面的承载能力的同时，还可以也能提高其传动效率。
（3）紧固件
紧固件是将两个或两个以上零件（或构件）紧固连接成为一件整体时所采用的一类机械零件的总称。紧固件作为一种紧固连接用的机械零件应用十分广泛。在我们生活中，紧固件的应用随处可见。如各种机械、设备、车辆、船舶、铁路、桥梁、建筑、结构、工具、仪器、仪表和用品等上面，无不是紧固件的用武之地。紧固件的特点为品种规格繁多，性能用途各异，而且标准化、系列化、通用化的种度也极高。所以，紧固件也有另外一个名字叫为标准紧固件，或简称为标准件，这是一类已有国家标准紧固件。
在生产和生活中，我们常见的紧固件有：螺栓、螺柱、螺钉、螺母、垫圈等等。
在各种机械基础件中，紧固件的应用时最广泛的。自2001年，中国加入WTO并步入国际贸易大国的行列。随着和世界各国贸易的扩大，中国紧固件产品大量出口到世界各国、其他国家的紧固件产品也不断涌入中国市场。这就使中国不得不在紧固件上与世界接轨。而且，作为中国出口量较大的产品之一，紧固件与国际接轨，对推动中国紧固件企业走向世界，促进紧固件企业全面参与国际合作与竞争，都具用重要的显示意义和战略意义。所以，在紧固件的生产和消费上，我们要逐渐消除与世界各国的差别。
那么，紧固件的差别主要在哪里呢？其实，每个具体紧固件产品的规格、尺寸、公差、重量、性能、表面情况、标记方法，以及验收检查、标志和包装等项目的具体要求。这这些要求还分别规定在几个国家标准中，如世界上关于紧固件的标准有公制、英制、德制和美制等。
紧固件不仅应用广泛，种类也繁多，通常我们常见的紧固件包括以下几类零件：
螺栓：螺栓是由头部和螺杆（带有外螺纹的圆柱体）两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零件。我们把这种连接形式叫做螺栓连接。
螺柱：螺柱是一类没有头部的，仅有两端均外带螺纹的紧固件。螺柱在连接的时候，它的一端需要旋入带有内螺纹孔的零件中，另一端穿过带有通孔的零件中，然后旋上螺母，即使这两个零件紧固连接成一见整体。这种连接形式被人们称之为为螺柱连接，也属可拆卸连接。螺柱的主要应用范围为被连接零件之一厚度较大、要求结构紧凑，或因拆卸频繁，不宜采用螺栓连接的地方。
螺母：螺母是一种带有内螺纹孔，形状一般呈显为扁六角柱形，也有呈扁方柱形或扁圆柱形零件。它的主要任务就是配合螺栓、螺柱或机器螺钉，用来紧固连接两个零件，将两个零件连接为一个整体。
自攻螺钉：自攻螺钉与机器螺钉相似的一类紧固件。但是它的螺杆上的螺纹为专用的自攻螺钉用螺纹。自攻螺钉多用来紧固连接两个薄的金属构件，将之连接成一个整体。因为这种螺钉硬度较高，所以在构件上需要事先制出小孔，这样可以直接旋入构件的孔中，使构件内形成响应的内螺纹。这种连接形式也是可拆卸连接的一种。
螺钉：螺钉是一种由头部和螺杆两部分构成的紧固件。根据用途的不同，这一紧固件又可分为机器螺钉、紧定螺钉和特殊用途螺钉三种类型。机器螺钉的用途主要是用于一个紧固螺纹孔的零件，与一个带有通孔的零件之间的紧固连接，不需要螺母配合紧固螺钉主要用于固定两个零件之间的相对位置。
木螺钉：木螺钉与机器螺钉很类似。不过，螺杆上的螺纹是专用的木螺钉用罗纹，木螺钉可以直接旋入木质构件中。木螺钉主要用途是用于把一个带通孔的金属（或非金属）零件与一个木质构件紧固连接起来。这种连接也是可以拆卸连接的一种。
垫圈：垫圈是一种形状呈扁圆环形的常见的紧固件。它主要用在螺栓、螺钉或螺母的支撑面与连接零件表面之间。它的应用可以增大被连接零件接触表面面积，降低单位面积压力和保护被连接零件表面不被损坏，所以它的作用也很重要。还有一种弹性垫圈，主要用来阻止螺母回松。
挡圈：挡圈是一种装在机器设备的轴槽或孔槽中的紧固件。它的作用主要是阻止轴上或孔上的零件运动时左右移动。
铆钉：是一种由头部和钉杆两部分构成的紧固件。它的用途主要是用来紧固连接两个带通孔的零件（或构件），将之连接成一个整体。这种连接形式我们称之为铆钉连接，通常简称为铆接。因为要分开连接在一起的两个零件，必须破坏固定零件的铆钉，所以这种连接属于不可拆卸连接。
组合件和连接副件：组合件是指组合供应的一类紧固件。例如把某种机器螺钉（或螺栓、自供螺钉）与平垫圈（或弹簧垫圈、锁紧垫圈）组合供应。连接副件指将某种专用螺栓、螺母和垫圈组合供应的一类紧固件。例如钢结构所用的高强度大六角头螺栓连接副。
当然，紧固件的种类还很多，以上介绍的不过是生产生活中一些常见的紧固件。有兴趣的可以查阅相关资料，了解更多的紧固件知识。