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在近现代的机械中,最重要的两个动力传输部件是曲轴和凸轮轴。在汽车的发动机里,需要用曲轴把气缸上下的运动,变成圆周运动。
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3.19.1 四缸汽车发动机的曲轴
而凸轮轴则相反,它把圆周的运动变成上下的直线运动,因此它可以周期性地开关一个阀门,在汽车的内燃机里,提升阀就是使用这个原理制成的,并且才能根据气缸的运动的频率,同步开关提升阀,让混有燃料的空气进来,再将燃烧完的废气排出。
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3.19.2 内燃机里面的提升阀。
发明这两种机械的是阿拉伯伟大的发明家贾扎里,他是12世纪中期到13世纪早期的人,当时离内燃机的发明还有将近600年,他发明这两样东西有什么用呢?他当然有他的目的。
我们知道,阿拉伯地区在公元之后就开始干旱,那里的气候比6000年前美索不达米亚文明开始时已经恶化了很多(参见《文明之光》)。在12世纪是,已经很难建立露天的引水渠引大河的水灌溉农田了,当地人只能从井里取水,让人每天摇井绳从很深的井里打水,是一件非常耗体力的劳动。这件事牲畜却干不了,因为它们只能走直线,最多围着井台转圈子。因此贾扎里就发明了曲轴和凸轮轴,并且设计了颇为复杂的机械,来完成用畜力从井里取水的工作。我们再次看到,社会需求是发明的动力。
图3.19.3
贾扎里发明的机器人
贾扎里是当时Diyarbahir王国的首席工程师,他后很多和机械有关的发明,包括很多钟表。此外他还利用曲轴和凸轮轴设计了能够自动转动和演奏乐器的木偶,取悦国王和贵族。据记载,他在王宫里的湖上,制作了一条船,船上个各种各样的木偶,能够自己演奏各种乐器。这种设计后来被欧洲人小型化,成为了今天八音盒的前身了。贾扎里也因此被称为是“机器人”之父。在那个时代,世界上在制作各种精巧的机械方面,没有人能超过贾扎里,而他的成就来源于他对于机械和动力传输精深的理解。
图3.19.4贾扎里发明的机器人
贾扎里大部分发明都以图书的形式记录了下来,因此,我们今天可以完全了解他的发明的各种细节。(知识的传承很重要)大约一个世纪后,欧洲人学会了曲轴和凸轮轴等设计,并且在文艺复兴时很多工匠利用这些技术制作了各种各样的机械。