木製蒸気機関
可動振動シリンダーを備えた最初の蒸気エンジンは XNUMX 世紀に作られ、小型蒸気船の動力として使用されました。 利点としては、設計のシンプルさが挙げられます。 もちろん、それらの蒸気機関は木製ではなく、金属でできていました。 部品点数が少なく、故障せず、安価に製造できました。 船上でスペースをとらないように、水平または垂直に作られました。 これらのタイプの蒸気エンジンは、実用的なミニチュアとしても製造されました。 これらは蒸気で動くポリテクニックのおもちゃでした。
振動シリンダー蒸気エンジンの設計の単純さはその大きな利点であり、私たちはそのようなモデルを木製で作りたくなるかもしれません。 私たちは、モデルが単にそこに座っているだけでなく、機能することを望んでいます。 それは達成可能です。 ただし、熱い蒸気ではなく、できれば家庭用コンプレッサーや掃除機などの通常の冷気で駆動します。 木は加工しやすい面白い素材なので、蒸気機関の仕組みを再現するのにも使えます。 モデルを作成するときにシリンダーの側面を分割した部分を用意したので、これのおかげでピストンがどのように動作するか、シリンダーがタイミングホールに対してどのように動くかを確認できます。 すぐに働き始めることをお勧めします。
機械の操作 スイングシリンダーで蒸気を発生させます。 それらを分析できるのは、 写真1 a から f までのラベルが付いた一連の写真。
- 蒸気は入口からシリンダーに入り、ピストンを押します。
- ピストンは、ピストンロッドとコンロッドクランクを介してフライホイールを回転させます。
- シリンダーはその位置を変え、ピストンが動くと蒸気の入口を閉じ、蒸気の出口を開きます。
- 加速するフライホイールの慣性によってピストンが駆動され、排気蒸気がこの穴を通って押し出され、サイクルが再び始まります。
- シリンダーの位置が変わり、入口ポートが開きます。
- 圧縮された蒸気は再び入口を通過し、ピストンを押します。
ツール： スタンド上の電動ドリル、作業台に取り付けられたドリル、ベルトサンダー、振動サンダー、木工ビット付きドレメル、ジグソー、ホットグルー付きはんだごて、ねじ切りホルダー付きM3ダイス、大工用ドリルビット14ミリメートル。 モデルを駆動するにはコンプレッサーまたは掃除機を使用します。
材料： 幅100×20ミリメートルのパイン板、直径14ミリメートルのローラー、20×20ミリメートルの板、30×30ミリメートルの板、60×8ミリメートルの板、厚さ10ミリメートルの合板。 シリコングリスまたは機械油、直径3ミリメートル、長さ60ミリメートルの釘、強力なバネ、M3ワッシャー付きナット。 木材にニスを塗るためのエアゾール缶に入った透明ニス。
マシンベース。 500×100×20ミリの板で作ります。 塗装する前に、ボードの凹凸やカット後に残った場所をサンドペーパーですべて滑らかにするのが良いです。
フライホイールサポート。 150×100×20ミリの松板から切り出しましょう。 40 つの同一の要素が必要になります。 ベルトサンダーでアーチの上端に沿って14番のサンドペーパーで丸め、サポート部分を細かいサンドペーパーで仕上げた後、図のように場所に直径XNUMXミリメートルの穴を開けます。 写真2。 ベースとアクスルの間のボトムブラケットの高さは、フライホイールの半径より大きくなければなりません。
フライホイールリム。 厚さ10ミリの合板から切り出します。 ホイールの直径は180ミリメートルです。 合板にノギスで同じ円を130つ描き、ジグソーで切り抜きます。 最初の円に直径XNUMXミリメートルの円を同軸に描き、その中心を切り抜きます。 これがフライホイールのリム、つまりリムになります。 回転するホイールの慣性を高めるための花輪。
フライホイール。 私たちのフライホイールには 72 本のスポークがあります。 これらは、エッジが丸いホイール上に 120 つの三角形を描き、ホイールの軸に対して 15 度回転する方法で作成されます。 まず、紙に直径XNUMXミリメートルの円を描き、次に太さXNUMXミリメートルの編み針を編み、得られた三角形の角に円を描きます。 で見ることができます 写真3 i 4. ホイールのデザインが表示されます。 切り取った円の上に紙を置き、穴パンチを使用してすべての小さな円の中心に印を付けます。 これにより、穴あけ精度が確保されます。 直径14ミリメートルのドリルで三角形のすべての角を穴あけします。 パドルドリルは合板を傷める可能性があるため、合板の厚さの半分だけを貫通させてから、材料を裏返して穴あけを完了することをお勧めします。 この直径のフラット ドリルの先端は小さな突き出たロッドになっており、合板の反対側にあるドリル穴の中心を正確に見つけることができます。 平大工ドリルに対する円筒大工ドリルの優位性を反省し、フライホイールに残った不要な材料をジグソーで削り取り、有効なスポークを獲得します。 ドレメルを使用して誤差を補正し、編み針のエッジを丸くします。 ビコラ接着剤を使用して、輪と花輪を接着します。 中心に直径6ミリメートルの穴を開け、中心にM6ネジを挿入し、ホイールのおおよその回転軸を取得します。 ホイール軸となるボルトをドリルに取り付けた後、高速で回転するホイールを目の粗いサンドペーパー、次に細かいサンドペーパーで加工していきます。 ホイールボルトが緩まないようにドリルの回転方向を変えることをお勧めします。 ホイールは滑らかなエッジを持ち、加工後に側面に当たることなく均一に回転する必要があります。 これが完了したら、仮ボルトを分解し、直径 14 ミリメートルのターゲット車軸用の穴を開けます。
コネクティングロッド。 厚さ10ミリの合板から切り出します。 作業を簡単にするために、図に示すように、直径 14 ミリメートルの 38 つの穴を互いに XNUMX ミリメートルの間隔で開けることから始め、その後、最終的な古典的な形状を切り出すことをお勧めします。 写真5.
こちらがフライホイールです。 直径14ミリメートル、長さ190ミリメートルのシャフトで作られています。
こちらがコンロッドです。 直径14ミリメートル、長さ80ミリメートルのシャフトから切り出されます。
シリンダー。 厚さ10ミリの合板から切り出します。 それは140つの要素から構成されています。 そのうちの 60 つは 140 x 80 ミリメートルの大きさで、円柱の側壁です。 底部と上部は60×60ミリメートル。 シリンダーの下部のサイズは 15 × XNUMX で、厚さは XNUMX ミリメートルです。 これらの部品を次に示します。 写真6。 シリンダーの底部と側面を編組接着剤で接着します。 モデルが正しく動作するための条件の 3 つは、壁と底部の接着が垂直であることです。 シリンダーカバーの上部にネジ用の穴を開けます。 シリンダーの壁厚の中心に収まるように、8 mm のドリルで穴を開けます。 ネジの頭が隠れるように、XNUMX mm ドリルビットでカバーに少し穴を開けます。
ピストン。 その寸法は60×60×30ミリメートルです。 ピストンには、直径 14 ミリメートル、深さ 20 ミリメートルの中央の止まり穴を開けます。 そこにピストンロッドを差し込んでいきます。
ピストンロッド。 直径14ミリメートル、長さ320ミリメートルのシャフトで作られています。 ピストンロッドの一方の側はピストンで終わり、もう一方の側はコンロッドクランクの軸上のフックで終わります。
コンロッド軸ロッド。 断面30×30、長さ40ミリのブロックから作ります。 ブロックに 14 mm の穴を開け、それに垂直な XNUMX 番目の止まり穴をあけます。 ピストンロッドのもう一方の自由端をこの穴に接着します。 貫通穴の内側をきれいにし、筒状に丸めた目の細かいサンドペーパーで研磨します。 コネクティング ロッドの軸は穴内で回転するため、この時点での摩擦を軽減したいと考えています。 最後に、ハンドルを丸め、木ヤスリやベルトサンダーで研磨します。
タイミングブラケット。 150 x 100 x 20 の松の板から切り出します。サポートを研磨した後、写真のように 3 つの穴をドリルで開けます。 タイミング軸用の直径 XNUMX mm の最初の穴。 残りの XNUMX つは、シリンダーの空気入口と出口です。 XNUMX つすべての穴あけポイントを図 XNUMX に示します。 写真7。 機械部品の寸法を変更する場合、機械を事前に組み立て、シリンダーの上下の位置、つまりシリンダーに開ける穴の位置を決定することにより、穴あけ位置を実験的に見つける必要があります。 タイミングベルトが動く箇所をオービタルサンダーで目の細かいペーパーで研磨します。 均一で非常に滑らかでなければなりません。
揺れるカムシャフト。 60mmの釘の端を鈍くし、ヤスリやグラインダーで丸くします。 M3 ダイスを使用して、端を約 10 ミリメートルの長さにカットします。 これを行うには、強力なスプリング、M3 ナット、ワッシャーを選択してください。
分布。 140×60×8ミリメートルのストリップから作ります。 モデルのこの部分に 3 つの穴を開けます。 最初のものは直径10ミリメートルです。 その中にシリンダーの回転軸となる釘を配置します。 釘の頭が木材に完全に埋め込まれ、表面からはみ出さないように、忘れずに穴を開けてください。 これは私たちの作業において非常に重要な瞬間であり、モデルの正しい動作に影響します。 直径 XNUMX ミリメートルの XNUMX 番目の穴は、空気の入口と出口の穴です。 タイミングキャリアの穴に対するシリンダーの位置に応じて、空気がピストンの下に入り込み、ピストンを押し、次にピストンによって反対方向に押し出されます。 シリンダーの表面にはタイミングギヤと車軸となる接着釘が接着されています。 軸はぐらついていてはならず、表面に対して垂直である必要があります。 最後に、タイミング カバーの穴の位置を使用して、シリンダーに穴を開けます。 細かいサンドペーパーを使用した振動サンダーを使用して、タイミングサポートと接触する木材の凹凸をすべて滑らかにします。
機械組立。 フライホイール アクスル サポートをベースに接着し、ベースの平面と一直線上に平行であることを確認します。 組み立てが完了する前に、機械の要素とコンポーネントを透明なワニスで塗装します。 コネクティングロッドをフライホイール軸上に配置し、それに正確に垂直に接着します。 コネクティングロッドの軸をXNUMX番目の穴に挿入します。 両方の軸が互いに平行である必要があります。 木製の補強リングをフライホイールに接着します。 リングの外側から、フライホイールをフライホイール軸に固定する穴に木ネジを挿入します。 ベースの反対側にシリンダーサポートを接着します。 移動して接触する木部にはすべてシリコングリスまたは機械油を塗布してください。 摩擦を最小限に抑えるために、シリコンは軽く磨く必要があります。 機械の正しい動作はこれに依存します。 シリンダは、その軸がタイミングベルトを越えて突出するようにキャリッジに取り付けられている。 で見ることができます 写真8。 サポートから突き出た釘にスプリングを置き、次にワッシャーを置き、全体をナットで固定します。 スプリングによって押されたシリンダーは、その軸上でわずかに動くはずです。 ピストンをシリンダー内の所定の位置に置き、ピストンロッドの端をコンロッド軸上に置きます。 シリンダー蓋をかぶせて木ネジで固定します。 機構のすべての連動部品、特にシリンダーとピストンに機械油を注油してください。 脂肪をケチらないようにしましょう。 手で動かす場合、ホイールは大きな抵抗なく回転し、コネクティングロッドがその動きをピストンとシリンダーに伝達する必要があります。 写真9。 コンプレッサーホースの端を入口に挿入し、電源を入れます。 ホイールを回すと圧縮空気がピストンを動かし、フライホイールが回転し始めます。 私たちのモデルの重要な点は、タイミング プレートとそのステーターの間の接触です。 この方法で空気の大部分が逃げなければ、適切に設計された機械は簡単に動くはずで、DIY 愛好家にとってはとても楽しいものになります。 不具合の原因はバネが弱すぎることが考えられます。 しばらくすると油が木に吸収され、摩擦が大きくなりすぎます。 これは、なぜ人々が蒸気エンジンを木材で作らなかったかの説明にもなります。 しかし、木製エンジンは非常に効率的であり、このような単純な蒸気エンジンで振動シリンダーがどのように機能するかについての知識は長い間残っています。
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