第64章 漸開線齒輪

1257年,八月十八,東海堡。

中秋節剛過,東海人沒時間沉浸在節日氣氛中,立刻又投入了工作。

工業部辦公樓,武備組的實驗室中,季國風、林小雅、段明遠三人正圍著一個軟泥捏出來的火炮模型研究著。剛才,他們把這個泥炮裝上了少許火藥引爆,試圖通過觀察炮體膨脹的情況來研究膛壓的變化,以改善火炮設計。

“唔……十五厘米的位置應該加一道加強筋,別的我看就不用大改了。”季國風摸著炮身說。

“我也覺得這樣,再修改下去也未必能改善多少,不如試造一門看看先。”段明遠附和道。

“等等,”林小雅看了看炮口,若有所思的樣子,“我一直有個疑問。火炮是口徑越大威力越大沒錯吧,但是炮彈動能不是和裝藥量正相關嗎?如果是小口徑、大壁厚的火炮,使用與大口徑火炮相同的裝藥量,威力不是一樣的嗎?”

“呃,”季國風看了看她,她自從對火炮產生興趣之後,就經常冒出一些角度新穎的想法,“是這樣沒錯,但是小口徑有兩個不利因素。一是速度快了之後,炮彈在炮膛內停留的時間也會縮短,這樣既不利於火藥的充分燃燒,也不利於炮彈的充分加速,所以即使裝藥量相同,小炮彈的初始動能也會比大炮彈低一些;二是出膛初速高了之後,空氣阻力會急速增大,動能快速衰減,所以即使初始動能一樣,小而快的炮彈在遠距離上的威力也不如大而慢的炮彈。兩個因素相加,小口徑自然就比不過大口徑了。”

“哦,原來如此,”林小雅一副恍然大悟的樣子,然後又想起了什麽,“那如果換密度更大的炮彈,是不是能增大小口徑火炮的威力?”

季國風搖頭道:“你是說把鐵彈換成鉛彈嗎?確實會有作用,不過鉛要比鐵貴上不少,而且彈道還要重新標定,有些麻煩……”

段明遠也說道:“而且鉛是軟的,高膛壓發射的話會變形,影響彈道穩定性。火槍百多米打打問題不大,但換幾百米的火炮就有問題了。”

“是這樣啊。”林小雅仍鍥而不舍,“那麽如果把鐵炮彈做成空心的,裏面灌鉛怎麽樣?這不就不變形了?”

季國風笑道:“但這樣有什麽意義呢?一顆炮彈而已,這麽一搞成本比純鉛彈都貴了,性價比太低啊。與其折騰這點心思,還不如幹脆做個大口徑的炮呢。”

林小雅白了他一眼:“這不我們鑄不出大管子只能研究這些小炮嘛,所以我才想著怎麽在炮彈上做文章啊。”

季國風一愣,剛準備說點什麽,隔壁突然傳來一陣大笑聲,隨後就是連續的高喊:“我算出來啦,我算出來啦,原來如此,居然這麽簡單!”

段明遠和林小雅都是安全部的人,對工業部的其它業務不太熟悉,聽到之後有些奇怪。而季國風卻一下子激動起來,跑出門去,一邊跑一邊喊:“老孫,你真算出來了?”

兩人跟著去了隔壁,見到機械組的孫清南拿著幾張稿紙遞給季國風,激動地說:“總算是算出來了,真沒想到,居然是這麽簡單,只要一根長直齒滾刀就能加工了,我們終於能生產漸開線齒輪了啊!”

季國風接過稿紙,看了一遍,同樣發出恍然大悟的聲音,拉著孫清南說:“老孫,趕緊準備試制,你要什麽資源我給批什麽。”

林小雅還是有些一頭霧水,段明遠卻已經明白了,他這是終於把漸開線齒輪的制造原理給搞定了啊。

漸開線齒輪,非工科人士可能不太清楚,但後世工科課程中這是必學的一課。這種齒輪具有連續平滑的齒面,能夠使嚙合的齒輪以穩定的角速度轉動,對機械設計有著重要意義。

普通人印象中的齒輪,大多是一個圓盤上排列著許多矩形的輪齒,實際上早期齒輪也確實是這樣的。但是想象一下,齒輪做的是圓周運動,而矩形齒是有棱有角的,這樣的齒輪轉動起來必然是不順滑的,輪齒之間相互碰撞摩擦會導致傳動一頓頓的。低精度條件下可以無視,但一旦對精度有了追求,這一點就必須重視起來了。

如果把輪齒做成弧形的,就能改善這樣的卡頓,但是具體應該是怎樣的弧形?簡單的圓形?還是特殊的橢圓?還是拋物線或者別的曲線?

歷史上的機械學家早就用幾何學計算出了最佳方案,那就是漸開線曲線。(此處省略若幹字)。

以漸開線為形狀制造的兩個齒輪,可以始終穩定地嚙合在一起,把齒輪傳動變得像兩根傳動軸直接摩擦傳動一樣順滑。

這是工科人士的常識,但是常識歸常識,後世又不用親自制造齒輪,只要選擇合適的齒輪買回來組裝就行了,所以漸開線這些知識考完試就還給老師了。工業部的這群二把刀們,雖然一個個都知道漸開線齒輪的必要性,但愣是一個記得漸開線是什麽的都沒有,更別說如何制造了。所以之前機械組制造的機械,都盡量避開齒輪傳動的設計,實在無法避免的時候,才拿直齒齒輪湊合一下,在傻大粗黑的時代也勉強能用了。