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廉价简易蒸汽发动机
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DIYer: liam2317
制作时间: 一天
制作难度: ★★★☆☆
GEEK指数: ★★★★☆
 
 

1   介绍:廉价简易蒸汽发动机

1.1   想法

  • 我最近看了一段视频,有人制作了一台小型蒸汽发动机驱动的遥控小船,当时我就hold不住了。经过了一番研究之后,我发现小型蒸汽发动机要价高达几百美刀。不过,了解了实际的机械装置运转方式之后,我发现它们其实是非常简单的,于是就决定试着制作一台廉价的小型蒸汽发动机。我花了一天时间,在十美刀以内完成了这台小型发动机,因此这可以算是一大成功了。

1.2   一些要点

  • 本教程不会对如何制作蒸汽炉作任何说明。我也没有制作蒸汽炉,而是用压缩空气来驱动蒸汽发动机的。如果你没有压气机,那么也可以用自行车的打气筒。
  • 如果制作了蒸汽炉,发动机也可能无法正常运作,因为其主要组件很多都是木头的。在蒸汽的作用下,木头会膨胀、弯曲,从而造成一些问题。解决这个问题,有一个简单的办法,那就是把木头零件都换成铝质的。

1.3   工作原理

  • 你可以到 animatedengines 看他们制作的动画。提醒一下,这段动画是“双作用式”发动机的,汽缸的顶部和底部都有汽门;而我的是“单作用式”发动机,只有顶部有汽门。两者唯一的区别就是,我的发动机更多地依赖于飞轮的动量才能保持运行,不过制作起来方便了不少。
 

2   材料和工具

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点击链接查看上图的清晰图。带尺寸的零件图( 大图1 ) 包含所有木头零以及线和铜管零件的尺寸。 无尺寸的零件图( 大图2 ) 实际上是一样的;你可以将它打印并裁剪下来,粘在木头上,来引导自己制作。
○ 3/16英寸夹合板(大约12×8cm)
○ 自动铅笔(可选的)
○ 铜管
○ 活塞需要13/32英寸的,而汽缸需要7/16英寸×0.014英寸的
○ “茶灯”(Tea Light)蜡烛
○ 重型垫圈,至今要比茶灯小
○ 五分钟快干环氧树脂胶水
○ 塑料管(用于连接压缩空气的输入端)
○ 草坪洒水旗杆或者钢琴线(大约18AWG,直径约1mm)
○ 花茎线或者钢琴线(大约24AWG,直径约0.5mm)
○ 带有塑料管的Q-Tips(不是纸张)
○ 小的橡皮筋
○ 塑料包装纸
● 电钻(最好是钻台)和钻头
● 管钳——在大部分五金店里都有卖。
● 钳子和线钳
● 空的锡罐
● 刀片
● 砂纸
● 台钳(可选的)
 

3   裁切活塞和汽缸

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  • 用两根铜管裁切出活塞和汽缸。它们的直径不一定要和我所使用的完全相同,不过小的那个应该能够很合适地放在大的里面,而且能够自由滑动。
 
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  • 用刀片将汽缸口内侧刮平,确保没有任何毛刺,免得刮伤活塞。
  • 使用管钳时,将切口和管钳刀刃对齐,然后旋紧旋钮,不过不要太紧,否则会把管子挤扁的。慢慢地让管子在管钳中旋转,每转几圈就再紧一紧旋钮,直到刀刃将管子完全切开为止。
 

4   活塞

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  • 首先用(24AWG)的线材剪出活塞杆(我用的是一小段烤漆丝,不过你可以使用任何一种坚硬的丝线),然后在离一头3mm的位置弯一个直角。
 
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  • 为了确保活塞杆处于90度的位置,你可以先将它穿入一块大约0.7mm的泡沫塑料里,然后和活塞杆一起粘合进去。
 
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  • 现在用砂纸将活塞内侧磨平,让环氧树脂能够紧紧粘住。
 
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  • 接着拿出一张塑料包装纸,将活塞管的一头包住,用橡皮筋箍紧。
 
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  • 用环氧树脂兑上水,倒入活塞管里面。尽量把管子紧紧的贴在桌上,避免环氧树脂从塑料包装纸边缘漏出来。
 
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  • 现在,将活塞杆直接插入(弯折的一头朝内)环氧树脂中。
  • 或者,你可以将活塞杆吊在离桌子大约1mm的位置,如此一来,就可以在环氧树脂凝固的时候保持它的垂直了。
 

5   飞轮

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  • 首先裁切机轴线,45mm长的大约18AWG的线。
  • 制作飞轮时,先把茶灯蜡烛里面的蜡挖出来,放上了几片木板(避免机轴线将蜡给拉出来),中间穿过一根机轴线,然后用胶水粘在机轴上,又放上了几个金属垫圈(增加配重)。将这些都放回茶灯中。
 
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  • 烧一锅热水,让开好豁口的锡罐浮在水面上,等待蜡全部融化。
  • 将融化的蜡倒回去。你也可以简单地把蜡换成环氧树脂。
 
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  • 如果让我再做一次的话,我会在茶灯底部钻一个孔,将机轴线从中穿出,这样一来,就能轻松地将发动机连接在别的设备上,从而驱动它们了。如果你这么做的话,很可能需要将机轴线延长一厘米左右。
 

6   制作木头零件

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  • 木头零件你也可以不用木头,而使用铝、铜、特富龙、塑料,或者树脂玻璃。只要确保你制作的零件的活动接触面足够平滑就行了。
  • 夹合板很容易切割。然后,将边缘打磨干净。切割圆形的机轴零件时,先切出八角形,然后打磨成圆形。
 

7   第六步:汽缸体

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  • 制作汽缸后盖,将中央灰色区域磨去大约1mm的厚度,以减少摩擦。在该零件上钻一个中心孔,尺寸和汽缸转轴线相同。接着,用3/32英寸的钻头钻出顶部的孔。
 
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  • 裁剪出汽缸转轴零件所需的线材,在距离一段5mm的位置弯一个90度。然后,在汽缸后盖零件磨去一毫米的另一侧,你要从中心孔朝着顶部孔挖一道五毫米长的槽,厚度要能够让5mm的线材穿过木板安装到位时藏于其中。等一下,你就要把汽缸粘在这一面上了。
 
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  • 首先在汽缸顶部钻一个12mm的孔,然后再切割出周围的矩形,除非你有钻台,否则在这么小的木板上定位这么大的孔是非常困难的。而且,这样还能避免它在你钻孔时发生断裂。接着,在另一个汽缸顶部零件上切出一道2.5mm深的槽。
 
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  • 下一步就是将两个汽缸顶部零件、铜质汽缸管,以及汽缸后盖零件粘合起来了。你可以在汽缸管的末端塞上些泡沫塑料,避免环氧树脂在凝固时漏出来。
 
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  • 用环氧树脂将汽缸顶部粘在汽缸上,然后再将它们粘在“汽缸后盖”上,让它们的中央水平对齐,汽缸的底部则和汽缸后盖对齐。在第二个汽缸顶部零件上所切出的两毫米深的槽必须和“汽缸后盖”的顶部孔对齐。
 

8   第七步:机轴

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  • 我在木头的机轴零件的外孔周围加了一个木圈。这可以给活塞杆留出一定的余量,避免它和机轴接触,发生多余的摩擦。
  • 接着,在木头机轴零件上钻一个外孔,尺寸和活塞杆线相同,然后在零件上钻中央孔,尺寸和机轴线相同。
 
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  • 好了,现在将支架用环氧树脂粘在汽缸体的飞轮一侧,就放在机轴孔的下面。
 
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  • 下面,将Q-Tip管插入汽缸体的孔中,从支架顶部穿出,用环氧树脂粘好。现在你就可以将机轴插入汽缸体中了,在飞轮和汽缸体之间放上几个自由旋转的Q-Tip管来充当垫圈。在活塞那一侧,你需要添加更多的Q-Tip垫圈,从而产生合适的间距,让木头机轴零件的端面位于活塞中央下方。这也能避免木头机轴零件意外地和汽缸体粘合起来。
  • 最后,将机轴线多余的长度都修剪掉。将木头机轴零件和金属机轴线粘合起来(在固定于飞轮上面的另一头),固定到位。
 

9   第八步:大功告成

9.1   活塞

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  • 首先在距离活塞伸入端20.5毫米的地方将它弯折90度。接着将活塞插入汽缸中,然后同时将汽缸转轴杆和汽缸杆分别穿入汽缸体和机轴中。可能你必须将机轴旋转一下,让汽缸孔对准汽缸轴的弯角。
  • 我从自动铅笔里面找了根弹簧,从一架模型飞机上的螺旋桨上找了根螺钉,将汽缸固定在汽缸体中。其实只要用橡皮筋箍住活塞和汽缸体就已经效果很好了……虽然效果可能不如弹簧,但如果你在汽缸转轴杆的顶部粘上个盖子,那么这种方法可以更方便地拆卸。
 

9.2   空气供给

  • 最后,你需要将汽缸体飞轮侧的两个孔中的一个连接在压缩空气汽缸或者泵上。我用大约15psi(磅/平方英寸)的气压就能让发动机很好地工作了。如果将压缩空气从另一个孔中送入,那么发动机的旋转方向就会反过来了。

9.3   排错

  • 如果你的发动机一开始不顺利的话,那么你就要搞清楚是卡在什么地方了。接着,你要确定自己是不是一不小心把压缩空气进入发动机的孔用胶水堵上了。最后,试试用比较高的气压驱动发动机运转。如果都不行,你可以在下面提出你的问题,我会尽量帮助你的,不过我也不算是什么砖家。

9.4   最后的想法

  • 最后我要说一下,我对于这个小型发动机非常满意。它运转平稳,模样也不错,而且制作起来的确方便又便宜。我认为有这几个方面可以改进:使用轴承减少摩擦、给木头上蜡减少摩擦,或者将木头替换成特富龙,或者涂上一层特富龙,这样既可以减少摩擦,也可以强化密封性能。你可以试试将空气输入/输出孔做得稍微大一点,再提高一下气压,可以让发动机的转速更高。
祝你的小型蒸汽发动机能hold住全场。

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The End

发布于2011-09-14, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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