当晚,王徵翻开《远西奇器图说》。
这本书他写了二十年,里面记录了他见过的、造过的、听说过的各种机械。
水车、风磨、虹吸、杠杆、滑轮、螺旋。
他翻到齿轮传动那一章。
偏心轮。
他在三十年前设计水力磨坊时用过这个结构。
一个圆轮,轴心不在圆心,而是偏了一小段距离。
当轮子转动时,偏离轴心的部分会推着连杆来回运动。
连杆的运动轨迹,可以用几何算出来。
偏心距越大,连杆的行程越长。
他放下书,拿起笔,开始画图。
与此同时,萨默塞特也在画图。
他在英国时做过类似的实验,用一种带偏心的轴杆来驱动水泵的阀门。
两个人在正堂的方桌前画了两天,画出了两套完全不同的方案。
王徵的方案是偏轮加连杆。
偏轮装在飞轮轴上,通过一根连杆连接滑阀。
偏轮每转一圈,连杆推动滑阀来回滑动一次。
萨默塞特的方案则不同。
他设计的是一种凸轮轴,在轴上开出不同角度的凸起,用这些凸起来控制多个阀门的开闭时序。
“偏轮简单,但时序只有一个,只有开和关。”
萨默塞特用笔点着自己画的凸轮轴:“凸轮可以控制不同阶段,比如进气阀开,排气阀关,或者进气阀关,排气阀开。”
“我可以让阀门在不同的位置有不同的动作。”
王徵皱眉:“你说的这个凸轮,曲面该怎么算?”
萨默塞特愣住了。
他画的凸轮曲面是凭经验画的,大概是个螺旋线的形状。
但具体每一个位置该凸起多少、角度该是多少,他确实没有算过。
“这个...需要后期的试验。”
“那还不如用偏轮。”
王徵把他的图纸推回去:“偏轮的连杆行程可以精确计算。偏心距、连杆长度、滑阀行程,这几个数据用陛下教的几何方法就能算出来。”
“但你的凸轮曲面,怎么算?”
萨默塞特沉默了片刻,不得不承认:“目前暂时算不出来。”
两人争论了两天,图纸画了一大摞,谁也说服不了谁。
薄珏没有参与争论。
他从头到尾都蹲在作坊里,面前是一台木工车床。
车床是他在苏州时自己做的,用脚踏板驱动,皮带带动主轴旋转。
主轴上的卡盘是他亲手打磨的,精度可以车出比头发丝还细的铜线。
但他现在车的是木头。
巴沙木,一种软木,好车,吃刀不吃力。
他先车了一个圆盘,直径三寸。
然后在圆盘上画了一条线,线偏离圆心约莫四分。
他把这条线当成偏轮的轮廓,开始车削。
半个时辰后,第一个木制偏心轮模型完成。
他在偏轮的边缘钻了一个小孔,穿入一根细铜丝,铜丝另一端连接一根小木棍。
他用手转动偏轮,木棍跟着来回移动。
他盯着木棍的移动轨迹,眉头皱了起来。
“行程太短了。”
于是,他把偏轮拆下来,重新画线,这次偏心距加大到六分。
又车了一个,装上。
“这次行程够了,但太慢了。”
薄珏反复调整了不知多少次,把不同偏心距、不同连杆长度的组合全部做出来,一个个试。
每一次他都在偏轮上刻下编号,在记录本上写下对应的行程和速度数据。
第四个模型,偏心距五分二,连杆长八寸,行程八寸五分,太快。
第七个模型,偏心距四分八,连杆长一尺,行程七寸,太慢。
第十三个模型,偏心距五分整,连杆长九寸。
薄珏转动偏轮,木棍来回移动。
行程恰好八寸,速度刚好。
他盯着那根来回移动的木棍,忽然站起身。
徒弟阿福一直蹲在旁边给他递工具,看见他忽然站起来,吓了一跳:“先生,怎么了?”
“成了。”
薄珏说罢,他走到王徵和萨默塞特争论的那张方桌前,把木制偏轮模型放在图纸正中央。
“偏心距五分,连杆长九寸。”
他没有多余的话,拿起炭笔,在原图纸上画了一个新方案。
飞轮的旋转轴上,安装一个偏轮。
偏轮通过连杆连接一个滑阀。
滑阀是一个铜制的扁平滑块,嵌在气缸进气口和排气口之间的滑槽里。
当飞轮转动时,偏轮带动连杆,连杆推动滑阀在滑槽里来回滑动。
当活塞运动到一端时,滑阀正好滑动到进气口打开、排气口关闭的位置。
蒸汽进入气缸,推动活塞向另一端运动。
当活塞运动到另一端时,滑阀正好滑动到进气口关闭,排气口打开的位置。
废汽从排气口排出,冷凝水注入,大气压力将活塞推回。
进气与排气的切换,完全由飞轮自身的旋转来控制。
不依赖于任何人工操作。
王徵盯着图纸,目光从偏轮移到连杆,从连杆移到滑阀,又从滑阀移回偏轮。
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