國慶假期欣賞機械之美

2021-09-27 18:05:36 字數 2358 閱讀 5501

2023年國慶節當天,受颱風直接影響,上海風雨大作。這種天氣正好是我的主場。

不知溼了多少皮鞋。

安亭的汽車博物館,兩年內裡面的東西基本沒有變,變速箱模型壞的還是壞的,依舊沒有修好,不過依然燃起了我的興趣。

只要看到機械的東西,就特別興奮,原因不外乎幾點:

不要任何電子的東西(電池除外),不要程式設計,不要二極體三極體,就純機械!

先來看看氣缸發動機,以此作為基礎:

化學能轉化為機械能,二沖程和四衝程的區別僅僅在於進氣口和出氣口的布局不同對效率的影響,並不影響實質,所以我沒有畫出細節。

但是要記住,任何工程上的問題都是得失權衡,二沖程雖然獲得了動力但是卻損失了效率。

我們能用氣缸發動機做什麼呢?

如果瓦特的茶壺蓋僅僅是可以移動,那它一點用都沒有,蒸汽機也造不出來,獲得了動力之後,接下來最關鍵的就是動力轉換。

如何將平動轉化為轉動,這就是曲軸的作用了,中學物理的知識。這樣,氣缸發動機的動力就可以驅動輪胎轉動了,有輪子的車輛再也不用腳蹬或者馬拉了:

你不可想象,這就是全部,接下來全是優化!

考慮到路況的不同,有時需要上坡,要求力量而不是速度,有時是平路,即使沒有力量也很容易勻速,這就需要設計出變速器。

所謂的變速器就力量和速度的平衡器。變速器非常之優美!

我們都知道力矩的概念,物體運動的一種趨向力,即力的效用,力乘以力臂,相同力矩,力臂越大。通過變速箱可以更容易地讓發動機的輸出轉換為輪胎的摩擦力驅動汽車。

好吧,手動擋出現了:

手動檔變速器其實就是手工選擇乙個齒輪,然後獲得計算好的傳動比。

能不能讓這一切自動進行呢?即油門與檔位的聯動起來,形成乙個新的負反饋系統,我做了乙個無級變速風扇:

現在來看一下這一切聯動在一起的情景:

已經很完美了不是嗎?

不不不,就像單核cpu再牛x,人們還是會羅列多個cpu的,既然有剩餘空間容納更多的氣缸,為何不讓多個氣缸一起來驅動輪軸呢?

當第乙個氣缸處於吸氣或者壓縮衝程的時候,第二個氣缸正好做功…

不錯的主意,於是就有了陣列發動機,把多個氣缸排在一起…

然而問題又出現了,排多少個氣缸呢?排的越多,占用空間越大…於是復用空間唄,這就出現了v型發動機,w型發動機,在我看來在失重環境下還會有x型,公尺字形發動機。

細說v8,w12沒有意義,但v8比w12更加具有代表性,它是空間復用的典型。

但這些都不是突破,只能算優化。你的汽車不可能容納10000個氣缸…

搞什麼曲軸轉換,直接讓尾氣做功不就好了嗎?

根本性突破在噴氣式發動機。

機械能轉換總是要損耗能量,所以把活塞運動直接換成尾氣執行即可,這就是噴氣式發動機的原理。

動量定理,動量守恆在背後主宰者一切。

現代噴氣式飛機是噴氣發動機的偉大應用。然而這項技術很難運用於普通汽車。

你的汽車向後噴射高溫高壓尾氣,後面的汽車怎麼辦?…

看來,能量的釋放還是離不開空間和時間,那麼下面這個如何?

反正你不能直接讓尾氣做功…

發動機和變速器的事就到這裡。

參觀汽車博物館的當天晚上,我看了部紀錄片,講述了諸葛連弩,乙個老外用改良的諸葛連弩在發射速度上竟然贏了現代步槍,令人匪夷所思。

作為乙個2023年前的可連發的**,在當時絕對是超級**,我實在想不通為什麼現代人總是噴諸葛連弩,說什麼射程問題,精度問題…難道就看不到自動連發這個創舉嗎?令人唏噓。

於是我利用身邊可以得到的物件用最短的時間自己做了乙個類似的自動裝彈小公尺弩機:

小時候我們都玩過這種物件,有意思。

電子的東西永遠都是輔助,而程式設計永遠都是輔助的輔助!

我想用box2d把這一切寫成**,後來發現3d的更帥。小小給我推薦了她學過的樂高wedo 2.0,然而失敗。

浙江溫州皮鞋溼,下雨進水不會胖。

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