工業(yè)革命的動力源

第3頁工業(yè)革命的動力源在工業(yè)革命時期,蒸汽動力以及許多復(fù)雜機(jī)器的開展,使得如何將圓周運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動成為工程師的重要課題。因此,當(dāng)時的工程師及數(shù)學(xué)家無不絞盡腦汁,想解決這個實(shí)際問題。許多人都提出了不同的解決方法,不過,其中最為人熟知的,應(yīng)該是由一位名叫波塞里亞(Peaucellier)的法國陸軍軍官,在1864年提出的一種方法。 他用4根等長的桿子連成菱形的連桿(如圖1中的AQBP),再把兩根長度相同而較長的桿子,分別連接在菱形連桿相對的兩個頂點(diǎn)和一個固定點(diǎn)O。這種連桿機(jī)制的特點(diǎn),就是當(dāng)P被限制在以O(shè)為圓心的圓周上運(yùn)動時,Q會沿直線運(yùn)動。在圖1中,P點(diǎn)被連接在一根可以繞著固定點(diǎn)C旋轉(zhuǎn)的桿子上,其中C到O的距離與CP的長度相等。 本書不準(zhǔn)備討論要如何證明這樣的機(jī)制能產(chǎn)生直線運(yùn)動,但要想了解這種裝置,以及由其所開展出的其他裝置,最好的方法就是實(shí)際做出模型?？梢杂煤窦埌遄龀砷L條,配上圖釘制作模型。 理論上,波塞里亞的方法可以產(chǎn)生出一條絕對的直線,但由于接點(diǎn)多少會有些松動,因此它經(jīng)常會偏離原定的路徑。然而,羅勃茲(Roberts)在1860年提出的是另一種方法,該方法可以相當(dāng)精確地產(chǎn)生直線運(yùn)動,而且也更為實(shí)用。 他用一片三角形的金屬板BCP,使AB和CD兩根桿子與固定點(diǎn)A和D相連(圖2)。 AB=BP=DC=CP且AD=2BC 當(dāng)P在A和D之間運(yùn)動時,其運(yùn)動路徑會是一條直線。但是當(dāng)P移動到AD之外時,就會偏離直線,而且當(dāng)AB和CD交叉時,BPC會在BC之上。同樣,也請你用紙板制作這一模型。 圖3是第三種方法。這是一個圓形的滾輪,在直徑為其兩倍大的圓中沿著圓周滾動。在滾輪圓周上的任何一點(diǎn)(如圖中的P點(diǎn))會沿著大圓的直徑(AB)移動。當(dāng)滾輪由位置1逆時針方向滾動時,P點(diǎn)朝向B點(diǎn)移動;當(dāng)滾輪上的P點(diǎn)與大圓接觸時,P就與B重合;然后P開始移向A。 這個模型可以用厚紙板很容易地做出來。 滾輪上的弦MN(圖4),在滾動的過程中會產(chǎn)生怎樣的現(xiàn)象? 一百多年來,科尼什水平動力機(jī)(Comishbeamengine)一直是用途廣泛的動力機(jī)械(圖5)。令人印象最深刻的,就是它那鑄鐵制成的巨大橫梁在緩緩地上下擺動。 當(dāng)橫梁上下擺動時,端點(diǎn)A沿著圓弧運(yùn)動,因此它無法與汽缸中的活塞桿保持直線關(guān)系。為了解決這個問題,可用一根連桿AB連接橫梁和活塞桿。為了確保AB不將活塞桿往橫向拉扯,于是又增加BC、CD和CE3根連桿,ABCD