国庆假期欣赏机械之美

2019年国庆节当天,受台风直接影响,上海风雨大作。这种天气正好是我的主场。

上一次的国庆台风还是2013年,不过那是假期的最后一天,嘉定新城地铁站完全浸泡了水中,附近工地的厕所倒塌…

不知湿了多少皮鞋。


安亭的汽车博物馆,两年内里面的东西基本没有变,变速箱模型坏的还是坏的,依旧没有修好,不过依然燃起了我的兴趣。

只要看到机械的东西,就特别兴奋,原因不外乎几点:

  • 我二舅是老工程师,从小受我二舅的影响,总看他折腾零件。
  • 我大学的专业就是机械工程。
  • 机械足够简单,从头到脚不受电子,晶体管这些hold不住的东西的影响。

不要任何电子的东西(电池除外),不要编程,不要二极管三极管,就纯机械!

先来看看气缸发动机,以此作为基础:
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化学能转化为机械能,二冲程和四冲程的区别仅仅在于进气口和出气口的布局不同对效率的影响,并不影响实质,所以我没有画出细节。

但是要记住,任何工程上的问题都是得失权衡,二冲程虽然获得了动力但是却损失了效率。

我们能用气缸发动机做什么呢?

如果瓦特的茶壶盖仅仅是可以移动,那它一点用都没有,蒸汽机也造不出来,获得了动力之后,接下来最关键的就是动力转换。

如何将平动转化为转动,这就是曲轴的作用了,中学物理的知识。这样,气缸发动机的动力就可以驱动轮胎转动了,有轮子的车辆再也不用脚蹬或者马拉了:
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你不可想象,这就是全部,接下来全是优化!

考虑到路况的不同,有时需要上坡,要求力量而不是速度,有时是平路,即使没有力量也很容易匀速,这就需要设计出变速器。

所谓的变速器就 力量和速度的平衡器 。变速器非常之优美!

我们都知道力矩的概念,物体运动的一种趋向力,即力的效用,力乘以力臂,相同力矩,力臂越大。通过变速箱可以更容易地让发动机的输出转换为轮胎的摩擦力驱动汽车。

好吧,手动挡出现了:
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手动档变速器其实就是手工选择一个齿轮,然后获得计算好的传动比。

能不能让这一切自动进行呢?即油门与档位的联动起来,形成一个新的负反馈系统,我做了一个无级变速风扇:
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现在来看一下这一切联动在一起的情景:
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已经很完美了不是吗?

不不不,就像单核CPU再牛X,人们还是会罗列多个CPU的,既然有剩余空间容纳更多的气缸,为何不让多个气缸一起来驱动轮轴呢?

当第一个气缸处于吸气或者压缩冲程的时候,第二个气缸正好做功…

不错的主意,于是就有了阵列发动机,把多个气缸排在一起…

然而问题又出现了,排多少个气缸呢?排的越多,占用空间越大…于是复用空间呗,这就出现了V型发动机,W型发动机,在我看来在失重环境下还会有X型,米字形发动机。

细说V8,W12没有意义,但V8比W12更加具有代表性,它是空间复用的典型。

但这些都不是突破,只能算优化。你的汽车不可能容纳10000个气缸…

搞什么曲轴转换,直接让尾气做功不就好了吗?

根本性突破在喷气式发动机。

机械能转换总是要损耗能量,所以把活塞运动直接换成尾气运行即可,这就是喷气式发动机的原理。

动量定理,动量守恒在背后主宰者一切。

现代喷气式飞机是喷气发动机的伟大应用。然而这项技术很难运用于普通汽车。

你的汽车向后喷射高温高压尾气,后面的汽车怎么办?…

看来,能量的释放还是离不开空间和时间,那么下面这个如何?
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反正你不能直接让尾气做功…


发动机和变速器的事就到这里。

参观汽车博物馆的当天晚上,我看了部纪录片,讲述了诸葛连弩,一个老外用改良的诸葛连弩在发射速度上竟然赢了现代步枪,令人匪夷所思。

作为一个2000年前的可连发的武器,在当时绝对是超级武器,我实在想不通为什么现代人总是喷诸葛连弩,说什么射程问题,精度问题…难道就看不到自动连发这个创举吗?令人唏嘘。

于是我利用身边可以得到的物件用最短的时间自己做了一个类似的自动装弹小米弩机:

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小时候我们都玩过这种物件,有意思。

电子的东西永远都是辅助,而编程永远都是辅助的辅助!


我想用Box2D把这一切写成代码,后来发现3D的更帅。小小给我推荐了她学过的乐高Wedo 2.0,然而失败。

浙江温州皮鞋湿,下雨进水不会胖。

原文链接: https://blog.csdn.net/dog250/article/details/102136946

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