兩小時(shí)DIY速成 罐頭盒制作斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)

作為一個(gè)熱愛(ài)DIY的愛(ài)好者，我習(xí)慣處理自己DIY剩下的廢料?，F(xiàn)在，我將使用廢棄不用的破銅爛鐵制備一個(gè)小功率引擎。自從我2003年認(rèn)識(shí)了斯特林引擎，一直在我腦海揮之不去，取材簡(jiǎn)單，原理也不難，做出來(lái)的東西又運(yùn)轉(zhuǎn)良好，這是DIY的境界之一吧。恰巧某工作室剛好可以給我加工器件的良機(jī)，為檢驗(yàn)自己DIY水平是否退步，我花上一個(gè)周末的時(shí)間，從廢棄物中取材，超強(qiáng)動(dòng)力制備動(dòng)力超強(qiáng)的引擎工作開(kāi)始了！

1???工具和材料

1.1???材料

○ 移氣器氣缸，其中一個(gè)是有錐形底的契形罐，組裝在一起

○ 兩個(gè)空的不銹鋼湯罐，至少一個(gè)擁有錐形底

○ 移氣器

○ 可以剛好被移氣缸無(wú)摩擦納住的鋁制飲料罐。

○ 兩個(gè)薄的金屬碟片（例如食物罐的蓋子）

○ 動(dòng)力活塞缸

○ 銅管或者青銅管，盡量圓，約40-50mm長(zhǎng)

○ 動(dòng)力活塞

○ 飛輪

○ 具有較低摩擦系數(shù)的球軸承

○ CD片，或者其他類似的圓片，制備輪圈

○ 硬幣（配重）

○ 橫梁

○ 金屬片或者木頭（12”厚），要保證足夠厚，有一定剛度

○ 引擎支架

○ 支撐小木頭（1”×1/2”也可以稍大），至少24”(600mm)長(zhǎng)

○ 一塊木頭作為支承座，至少12"長(zhǎng)4"寬（300 x 100mm）

其他

○ 青銅管（內(nèi)徑1/8”）、不銹鋼絲（直徑1/8”）-每個(gè)約12”長(zhǎng)（上述值并不需要非常精確，只需要不銹鋼絲可以在管內(nèi)可以緊貼滑行）

○ 衣架 鐵絲

○ 兩個(gè)接線端子

○ JB環(huán)氧膠

○ 快干環(huán)氧膠（例如Araldite）

1.2???工具

必要工具

● 鋼鋸

● 電鉆

● 木工鋸

特別工具

● 可以打磨去料的拋光工具

2???設(shè)計(jì)

γ型斯特林引擎（偽愛(ài)因斯坦說(shuō)：γ型斯特林引擎——具有兩個(gè)獨(dú)立氣缸，其中一缸中配備動(dòng)力活塞，一缸配備移氣器）的“核心”乃是一個(gè)大的移氣缸納住一個(gè)移氣器（也可以稱作轉(zhuǎn)換器，是斯特林引擎的核心裝備），該移氣缸與另一個(gè)動(dòng)力缸連通，動(dòng)力活塞缸同時(shí)還納住一個(gè)動(dòng)力活塞，動(dòng)力活塞通過(guò)一系列傳動(dòng)裝置，反過(guò)來(lái)再為移氣器提供動(dòng)力。在曲柄設(shè)計(jì)中，我采用了Darryl Boyd’s設(shè)計(jì)，加入了一個(gè)“平衡木”的系統(tǒng)。利用該平衡木可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力活塞和移氣器的動(dòng)力轉(zhuǎn)換。不是多新奇或者多巧妙，僅僅是因?yàn)椤沂稚暇湍屈c(diǎn)材料，而且看起來(lái)效果也可圈可點(diǎn)。

踏破鐵鞋，驀然發(fā)現(xiàn)，鋁制易拉罐可以與不銹鋼的湯罐配合的很好。因此移氣缸我決定選用不銹鋼湯罐，而移氣器則使用鋁制的飲料罐，至于理由嘛，便宜（重點(diǎn)）、輕便、易安裝。不銹鋼湯罐成為了整個(gè)引擎穩(wěn)固的軀體，同時(shí)我可以將底部設(shè)計(jì)成可拆卸的以維持平衡。

關(guān)于剩下的部分，廢棄的底板用來(lái)制作底座，一個(gè)1”×1/2”的松木制備整個(gè)引擎裝置的支撐體，一片3/4”的鋁條用作平衡桿?？偨Y(jié)起來(lái)，整個(gè)引擎就是一個(gè)零件的凌亂集合體。如果你是筆耕不輟，并且熱衷廢棄物品的DIY者，你懂的。

3???動(dòng)力活塞

動(dòng)力活塞和動(dòng)力活塞缸的制作可以有好幾種方法。一種簡(jiǎn)便方案就是到網(wǎng)上買石墨活塞和玻璃缸，可以保證良好的質(zhì)量。另外，你還可以參照?路人甲的方法?，就是在空心圓柱端部套上橡膠膜。這可能是最簡(jiǎn)單的一種方法，但是他限制了行程，同時(shí)也會(huì)有摩擦過(guò)大的問(wèn)題。

也可以用JB環(huán)氧膠水和空心圓管制備動(dòng)力活塞，很簡(jiǎn)單，就是用保鮮膜將空心圓管封裝起來(lái)，具體參看?路人乙的方法?。聲明，雖然我看過(guò)他們的制作，但是我不會(huì)這么做的，我已經(jīng)擁有了加工好的活塞/氣缸組合。不過(guò)他們的方法還是頗為流行的。

活塞尺寸是直徑２０ｍｍ×２０ｍｍ的實(shí)體圓柱。在圓柱的一端打了一個(gè)１/8”的小孔，一小段不銹鋼條制作曲柄，熱焊在孔中，同時(shí)一段青銅管膠結(jié)在不銹鋼曲柄上。用鉗子將銅管末端壓扁，鉆個(gè)2.5mm小孔，用來(lái)連接用衣架鐵絲制備的曲軸。在發(fā)動(dòng)機(jī)術(shù)語(yǔ)中，它叫做“連桿小頭軸承”。

4???飛輪

飛輪是盒式錄像機(jī)上的某個(gè)零件。由于它和軸承可以完美的配合，同時(shí)其潔白無(wú)暇的胴體（好吧，我邪惡了），讓我對(duì)其愛(ài)不釋手。軸承中心又孔剛好與我手頭的青銅管的尺寸絕對(duì)配合，這絕不是一個(gè)巧合！因此它就充當(dāng)飛輪的角色啦。

開(kāi)始，我嘗試將一小段青銅管粘接在錄像帶盤的表面上，以充當(dāng)凸輪軸。但是膠水連接金屬表面的表現(xiàn)實(shí)在讓人不敢恭維，總是粘接失效。因此我不得不在輪盤上鉆個(gè)小孔（給力的鉆機(jī)），然后使用衣架上的鐵絲穿在中間來(lái)制做凸輪軸。取一塊松木作為飛輪的支撐塊，然后在松木一端鉆一個(gè)小孔，用一小段青銅管將木頭和飛輪固定起來(lái)，把飛輪套在這個(gè)管子上。

5???移氣器

移氣器是用一個(gè)鋁制啤酒罐做的。找一個(gè)比啤酒罐直徑略微偏大的蓋子，用熱熔膠將蓋子膠結(jié)在鋁制啤酒罐上，使移氣器成為是一個(gè)平整的空心圓柱。但是用熱熔膠密封會(huì)使移氣器密閉，為防止加熱加壓導(dǎo)致密閉的移氣器爆炸，繼而導(dǎo)致斯特林引擎失效，在移氣器頂部，我們用小針扎上幾個(gè)“出氣孔”。在正面頂部的中央，用鉆頭鉆一個(gè)小孔，然后把用不銹鋼絲制備成的連桿粘接到孔中。我手頭上的不銹鋼連桿，與青銅動(dòng)力活塞配合的很好，保證較小摩擦力的同時(shí)，氣密性也不差。我手頭上的不銹鋼連桿，與這個(gè)小孔配合的很好，保證較小摩擦力的同時(shí)，氣密性也不差。

移氣器的長(zhǎng)度是非常重要的——理論上，它應(yīng)該占據(jù)移氣缸內(nèi)2/3的空間。在此之前也還要計(jì)算一下曲柄行程（我的曲柄前進(jìn)行程約為20mm），然后用氣缸尺寸（90mm）減去該行程，得到移氣器最大的尺寸為70mm。

實(shí)際上，在制備氣缸的過(guò)程中，我們才將曲柄粘接到移氣器上，否則要是移氣器與氣缸配合不好將很難修改。同樣，也不需要尺寸都量取精確，這都是為后來(lái)修改提供便利。膠合曲柄，我使用JB環(huán)氧膠。但是溫度稍高時(shí)，這種快干膠就好像有發(fā)軟的跡象。

6???移氣缸

移氣器氣缸制作：用開(kāi)罐器把一個(gè)不銹鋼罐的底面全部剪掉。拿起另外一個(gè)同樣規(guī)格的不銹鋼罐，從同樣的底部網(wǎng)上剪掉2英尺，將邊緣整理成楔形。這樣楔形的設(shè)計(jì)比較靈活。他能夠與配合的第一個(gè)不銹鋼罐形成良好的密閉條件。同時(shí)，在加入移氣器和動(dòng)力活塞時(shí)也能夠順利取下。

在移氣器頂部的中央鉆孔，用JB膠水將銅管與移氣器粘接起來(lái)，形成密閉空間。在不銹鋼罐側(cè)壁部分掏個(gè)洞，尺寸與動(dòng)力活塞的直徑相差無(wú)幾，這時(shí)就要用到打磨工具和各種套件。最后把將動(dòng)力活塞粘接好。

組裝時(shí)需要把各個(gè)曲軸連接起來(lái)。在移氣器上面的連桿部分也需要加一小段青銅管，整平，像制作動(dòng)力活塞連桿一樣制作一個(gè)移氣器連桿。連桿最終和曲軸連接起來(lái)?；钊饷娴耐馓祝ㄓ脕?lái)接觸冷卻水，降低頂部溫度用）是用金槍魚(yú)罐頭做的。但是這個(gè)用起來(lái)其實(shí)比簡(jiǎn)單的空氣散熱效率還要低，并且有滲水現(xiàn)象。最后，這個(gè)外套還是取消了。

7???曲柄制作

曲柄連桿是用衣架鐵絲制作的。在上部的連接頭，只需要將衣架鐵絲折彎成90度角，然后插入2.5mm的定位孔當(dāng)中。在孔的另一端（也就是衣架鐵絲的從孔中的突出部分）用熱粘膠將鐵絲和連桿固定起來(lái)。連桿將整個(gè)裝置連接成一個(gè)連貫的循環(huán)整體（從動(dòng)力活塞出發(fā)，通過(guò)曲柄裝置將動(dòng)力傳遞到飛輪），這些銅質(zhì)的連接件都取材于廢舊的接線端子。

連接各個(gè)連桿時(shí)，其形狀和尺寸都是比較隨意的，但是要保證相互連接時(shí)盡量保持垂直。其中一顆連接螺栓整體被掏空，在側(cè)面還攻絲一個(gè)小螺紋，另外一顆螺栓用來(lái)夾緊連接器中連桿的末端。這個(gè)想法參照路人丙。

為了在折彎過(guò)程中很好的控制有效長(zhǎng)度，連桿中間部分都采用了“Z”型折彎。

8???裝配配件

在裝配之前，先在稿紙上畫(huà)個(gè)草圖，計(jì)算引擎各個(gè)零件所占的空間。這樣可以避免裝配之后發(fā)現(xiàn)各個(gè)零件有干涉或者互相影響，導(dǎo)致引擎不能正常工作。在裁剪和粘接之前，按照裝配圖先量量，觀察哪些地方需要修改。底座用廢棄的甲板木制做，橫梁使用長(zhǎng)度250mm，材料為金屬鋁條，鋁條中央鉆孔用來(lái)和支撐軸連接，兩端分別鉆取孔徑略小的孔，用來(lái)和曲軸連接。用松木做三個(gè)木條，較長(zhǎng)的用來(lái)支撐鋁條橫梁，兩根較短的用來(lái)支撐氣缸和飛輪盤，用螺釘緊固在底座上。

盡管在著手裝配之前就計(jì)算了各個(gè)尺寸，并在木條和橫梁上劃了線。我的鉆孔無(wú)能加上我的“醉漢”便宜鉆床搞的最后甚至不能在木條上完整的鉆一個(gè)筆直通孔?？傊?，在經(jīng)歷各種錯(cuò)誤各種調(diào)試后，終于將各個(gè)零件各安其位，各做其事。

9???根據(jù)效果修修補(bǔ)補(bǔ)

引擎第一次順利運(yùn)行成功，但隨后也出現(xiàn)了幾個(gè)問(wèn)題。首先，飛輪盤的位置不大合適，這會(huì)導(dǎo)致氣動(dòng)活塞曲軸不水平，活塞和氣缸會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦。另外，飛輪盤自重還是太輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量太小，我在飛輪上增加了CD盤片（用以加大半徑），還增加了兩個(gè)硬幣（增加飛輪重量）。其次，引擎工作過(guò)程中，橫梁和飛輪盤稍微有點(diǎn)晃動(dòng)，這個(gè)倒是加入幾個(gè)墊片就可以解決。

經(jīng)歷各種修改和調(diào)整，在浪費(fèi)了不少燃料之后，引擎終于看起來(lái)正常工作了。在蠟燭作為燃料的情況下，引擎轉(zhuǎn)速約為150~200轉(zhuǎn)/分，我不甘這個(gè)成績(jī)，弄來(lái)一臺(tái)酒精燈，引擎轉(zhuǎn)速達(dá)到了近500轉(zhuǎn)/分。而且在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，引擎運(yùn)行都灰常良好，我自我感覺(jué)也相當(dāng)良好~但是我擔(dān)心的是，酒精燈太給力，會(huì)不會(huì)將環(huán)氧膠給點(diǎn)著，然后，噼里啪啦，引擎也灰常良好的解體了……

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