自制简易斯特林发动机

1、自制简易斯特林发动机刘文白吉林省松原市前郭县教师进修学校138000斯特林发动机，又称外燃式发动机。它依靠封闭在气缸内的气体热 胀冷缩产生的力工作。与传统的蒸汽机和内燃机相比，它没有复杂的配 气系统，能使用各种能源。它的工作介质（一般情况下用空气即可）在 封闭的气缸内往复流动，既不象蒸汽机那样需要高压水蒸汽和消耗水， 也不象内燃机那样爆炸燃烧，因此制作容易，成本低廉，安全环保，作 为小学科学课程中热机和能源教学内容的知识拓展和辅助教具是很合 适的，学生在二课活动中自己制作实验，也是很好的项目。制成的简易斯特林发动机实物图如图1。工作原理请参看图2和图3: 发动机在受到热源加热时，封闭在热置换气

2、缸和动力气缸内的空气，受 热膨胀推动动力活塞上升，动力活塞运动时带动曲轴旋转，曲轴带动热 置换活塞向上运动，空气穿过热置换活塞流向热置换气缸的热端，继续 膨胀推动动力活塞上升；动力活塞上升到上止点时被飞轮的惯性带动通 过上止点，此时在冷端经过冷却的热置换活塞已开始向下运动，空气流 经低温的热置换活塞到达冷端受冷收缩，拉动力动力活塞下降。热置换 活塞和动力活塞相互配合，使发动机持续运转下去。图1位置图2、图3位置材料和工具：铁质八宝粥易拉罐3个。自行车辐条3根，要求辐条帽能在辐条杆上 自由滑动。空牙膏管一个。废旧的光盘 3张。气球一个。有韧性的泡沫 塑料一块（如拖鞋底）。大头针一个，直径 2毫米

3、铁丝20厘米。透明胶 布。废圆珠笔管。使用的工具为钳子，剪刀，电烙铁和焊锡（也可以使用二合一强力 胶代替），锥子或钻，直尺，圆规。制作方法：本设计使用的是八宝粥罐易拉罐，因为它的开口是一个大圆形，而饮料易拉罐的开口较小，需要扩口。文中所给尺寸没有严格要求，并尽 量说明设计原理，以便读者可以用其它容器自行设计制作。加工支架易拉罐取一个易拉罐，在距罐口 2厘米处左右对称地钻两个孔，孔的直径 略大于自行车辐条的直径。这两个孔是曲轴主轴（参见图1图2图5）运转孔。在此易拉罐的底部正中钻一个孔，插入自行车辐条帽。为了保证辐条帽 的螺孔和易拉罐的轴心同心，在易拉罐塑料盖的中心钻一个小孔，盖在 罐口。用一根

4、辐条穿过辐条帽，再从塑料盖的小孔伸出，用电烙铁将辐 条帽和罐底焊在一起。见图4。此孔是热置换活塞杆滑道。图4位置制作热置换气缸和动力气缸.制作热置换气缸。在一个易拉罐壁距罐口 4厘米处钻一个直径4毫米左右的孔。此孔 最好用钳子夹住短锥子从罐内向罐外钻，钻好后毛刺朝处，不必处理。 如果从罐外向罐内钻，钻好后毛刺朝内，就要进一步处理，直至罐内壁 平整光滑。把罐外侧此孔周围半径 6毫米范围内的油漆刮掉，以便连接 动力气缸。.制作动力气缸。另取一个易拉罐，横向截断，保留带底的一半作为动力气缸。另一 半剪掉罐口不平整的部分，纵向剖开，展开成一平整的铁皮备用。在距 罐底1.5厘米的罐壁上钻一个直径4毫米左

5、右的孔，并刮去周围6毫米 半径范围的油漆，用于连接热置换气缸。.连接热置换气缸和动力气缸。用铁皮卷一个直径1厘米、长2厘米的圆筒，卷时侧面可以重叠一 部分，把接缝焊牢。把热置换气缸、圆筒和动力气缸焊接在一起。这样 两气缸通过壁上的孔和圆筒，形成了一个空气流通的通道。热置换气缸 和动力气缸之间的连接筒做得较粗，是为了增加强度。制作曲轴和热置换活塞系统1制作曲轴。用自行车辐条按图5形状和尺寸弯制曲轴，转角处顺滑一些，尺寸 差不多就行，要求不严格。弯制前在车辐条上套上一段圆珠笔管，要紧一些，以防止曲轴在支架上串动。顺着曲轴主轴方向观察时，动力活塞曲柄与热置换活塞曲柄之间成 90度角。并且两曲柄之间的

6、位置关系决 定了发动机工作时的运转方向。判断发动机运转方向的方法是：顺着曲 轴主轴方向，动力活塞曲柄靠近自己，方向向上，此时如果热置换活塞 曲柄在动力活塞曲柄的左侧，那么发动机工作时将顺时针旋转。了解了 这一点，你就不必完全按照此图，可以根据你需要的发动机运转方向弯 制曲轴。图5位置.制作热置换活塞上的挡片。用铁皮剪两个直径4厘米的圆片，圆心处钻孔，孔的直径与自行车 辐条直径相同。再用宽1厘米的铁皮在车辐条上卷两个小圆筒。把小圆 筒垂直焊在圆片的圆心，然后把小圆筒稍微捏扁，使车辐条穿过小圆筒 时很紧不能自由滑动。见图6。图6位置.制作连杆和热置换活塞杆接头。用一块长5厘米，宽16毫米的铁皮，对

7、折成长5厘米，宽8毫米 的铁皮，这样做是为了增加强度。在此铁皮两端各钻一个孔，一个孔的 直径略大于自行车辐条的直径，另一个孔的直径略大于大头针的直径。连杆就制作完成了。再制作热置换活塞杆连接头。取一块 3厘米长8毫 米宽的铁皮，中心钻孔插入辐条帽，焊牢，在辐条帽顶端也焊一点焊锡， 使辐条能够拧紧到辐条帽上而不能穿过它。在铁皮两端各钻一个与大头 针粗细相当的孔，把铁皮两端向上折成U形。用大头针把这个连接头和 连杆连接起来。见图7。图7位置组装支架易拉罐、曲轴和热置换活塞系统.把曲轴飞轮端穿过支架易拉罐的一个孔， 把连杆放到罐内穿到曲轴上， 向各个方向试着旋转曲轴，直到连杆穿到热置换活塞连杆轴上，

8、曲轴飞 轮端从支架易拉罐的另一个孔穿出。 在曲轴飞轮端穿上一段圆珠笔管固 定曲轴，使它能够自由转动而不左右串动。把一根自行车辐条从支架易 拉罐底部的车辐条帽中拧过，再拧紧到热置换活塞杆接头的车辐条帽上。用两段C型圆珠笔管夹在曲轴上连杆两侧，左右调节连杆位置，使 曲轴转动灵活。.确定热置换活塞杆长度。转动曲轴，使热置换活塞连杆轴降到最低点 （离支架易拉罐罐口最远处），因八宝粥易拉罐做的热置换气缸的深度为118毫米，留出5毫米的间隙，从支架易拉罐罐底算起，保留 113毫 米长的车辐条，多余部分截断。.把一个热置换活塞档片穿入活塞杆，小圆筒方向向下。转动曲轴，使 热置换活塞连杆轴升到最高点。移动档片

9、，使它到达距支架易拉罐罐底 5毫米处。把钢丝清洁球穿在活塞杆上，再把另一个档片穿到活塞杆上， 档片上的小圆筒方向向上。拉伸揉捏钢丝清洁球，使它布满两档片之间， 并略粗于易拉罐内径。参见图 6。五、整体组装与制作动力橡皮膜组件.把热置换活塞装入热置换气缸，热置换气缸口与支架易拉罐底对齐， 曲轴主轴线与热置换气缸和动力气缸的连接筒平行。用手把住两个易拉 罐，摇动曲轴，如果曲轴转动灵活，就用透明胶布缠绕接缝处，否则查 明故障原因，排除故障。缠绕时拉紧透明胶布，使罐口与罐底之间接合 牢固不透气。.制作动力活塞橡皮膜组件。把气球横向剪开，取碗形部分，碗底正中 间剪一个小洞。按照图8把一段铁丝与螺丝杆连接

10、起来，铁丝就是动力 活塞连杆。制作两个泡沫塑料圆片，圆片中心钻孔。在螺杆上依次穿上 圆片、气球、圆片，拧紧螺母。.在动力气缸口处缠绕两层透明胶布，胶布边缘比气缸口略高，以防止 气缸口割破气球。把气球套在动力气缸口上，不要把气球拉得太紧，在 包住气缸的气球外部缠绕透明胶布，使气球不能从气缸口脱落。铁丝靠 近曲轴动力活塞连杆轴，此时由于热置换活塞的重力作用，动力活塞曲 柄处于水平状态。把铁丝在轴上绕一圈，多余部分剪断。找一只旧棉线 袜子，剪去脚尖部分，剩下的部分卷成宽 4厘米的圆环套在罐口与罐底 的接缝处，做为散热器。图8位置六、制作飞轮用一个大号的牙膏管，拧下管帽，把光盘套在牙膏管上，再拧紧管

11、帽，剪去多余的牙膏管，飞轮就制作完成了。用一小段竹筷子把飞轮固定到曲轴上。也可以用其它圆形材料制作飞轮，但用光盘和牙膏管制作 的好处是能方便地增减光盘数量，研究飞轮质量对发动机工作的影响。至此发动机机身全部制作完成。当然为了让它工作，还要给它制作 一个支架，并提供热源，最方便的热源就是家用的燃气灶，要使用中心 的小火部分。支架部分读者可根据手头有的材料自己设计。使用方法把散热器用水浸湿，燃气灶打到小火状态，然后把发动机架在燃气 灶上，热置换气缸底部正对火焰，用手转动曲轴，过一会感到发动机有 动力输出后松开手，发动机就自己转动起来了。发动机工作时的照片见 图9。拍照时采用室内自然光照明，快门速度 1/15