两小时DIY速成 罐头盒制作斯特林发动机

作为一个热爱DIY的爱好者，我习惯处理自己DIY剩下的废料。现在，我将使用废弃不用的破铜烂铁制备一个小功率引擎。自从我2003年认识了斯特林引擎，一直在我脑海挥之不去，取材简单，原理也不难，做出来的东西又运转良好，这是DIY的境界之一吧。恰巧某工作室刚好可以给我加工器件的良机，为检验自己DIY水平是否退步，我花上一个周末的时间，从废弃物中取材，超强动力制备动力超强的引擎工作开始了！

1   工具和材料

1.1   材料

○ 移气器气缸，其中一个是有锥形底的契形罐，组装在一起

○ 两个空的不锈钢汤罐，至少一个拥有锥形底

○ 移气器

○ 可以刚好被移气缸无摩擦纳住的铝制饮料罐。

○ 两个薄的金属碟片（例如食物罐的盖子）

○ 动力活塞缸

○ 铜管或者青铜管，尽量圆，约40-50mm长

○ 动力活塞

○ 飞轮

○ 具有较低摩擦系数的球轴承

○ CD片，或者其他类似的圆片，制备轮圈

○ 硬币（配重）

○ 横梁

○ 金属片或者木头（12”厚），要保证足够厚，有一定刚度

○ 引擎支架

○ 支撑小木头（1”×1/2”也可以稍大），至少24”(600mm)长

○ 一块木头作为支承座，至少12"长4"宽（300 x 100mm）

其他

○ 青铜管（内径1/8”）、不锈钢丝（直径1/8”）-每个约12”长（上述值并不需要非常精确，只需要不锈钢丝可以在管内可以紧贴滑行）

○ 衣架 铁丝

○ 两个接线端子

○ JB环氧胶

○ 快干环氧胶（例如Araldite）

1.2   工具

必要工具

● 钢锯

● 电钻

● 木工锯

特别工具

● 可以打磨去料的抛光工具

2   设计

γ型斯特林引擎（伪爱因斯坦说：γ型斯特林引擎——具有两个独立气缸，其中一缸中配备动力活塞，一缸配备移气器）的“核心”乃是一个大的移气缸纳住一个移气器（也可以称作转换器，是斯特林引擎的核心装备），该移气缸与另一个动力缸连通，动力活塞缸同时还纳住一个动力活塞，动力活塞通过一系列传动装置，反过来再为移气器提供动力。在曲柄设计中，我采用了Darryl Boyd’s设计，加入了一个“平衡木”的系统。利用该平衡木可以实现动力活塞和移气器的动力转换。不是多新奇或者多巧妙，仅仅是因为……我手上就那点材料，而且看起来效果也可圈可点。

踏破铁鞋，蓦然发现，铝制易拉罐可以与不锈钢的汤罐配合的很好。因此移气缸我决定选用不锈钢汤罐，而移气器则使用铝制的饮料罐，至于理由嘛，便宜（重点）、轻便、易安装。不锈钢汤罐成为了整个引擎稳固的躯体，同时我可以将底部设计成可拆卸的以维持平衡。

关于剩下的部分，废弃的底板用来制作底座，一个1”×1/2”的松木制备整个引擎装置的支撑体，一片3/4”的铝条用作平衡杆。总结起来，整个引擎就是一个零件的凌乱集合体。如果你是笔耕不辍，并且热衷废弃物品的DIY者，你懂的。

3   动力活塞

动力活塞和动力活塞缸的制作可以有好几种方法。一种简便方案就是到网上买石墨活塞和玻璃缸，可以保证良好的质量。另外，你还可以参照 路人甲的方法 ，就是在空心圆柱端部套上橡胶膜。这可能是最简单的一种方法，但是他限制了行程，同时也会有摩擦过大的问题。

也可以用JB环氧胶水和空心圆管制备动力活塞，很简单，就是用保鲜膜将空心圆管封装起来，具体参看 路人乙的方法 。声明，虽然我看过他们的制作，但是我不会这么做的，我已经拥有了加工好的活塞/气缸组合。不过他们的方法还是颇为流行的。

活塞尺寸是直径２０ｍｍ×２０ｍｍ的实体圆柱。在圆柱的一端打了一个１/8”的小孔，一小段不锈钢条制作曲柄，热焊在孔中，同时一段青铜管胶结在不锈钢曲柄上。用钳子将铜管末端压扁，钻个2.5mm小孔，用来连接用衣架铁丝制备的曲轴。在发动机术语中，它叫做“连杆小头轴承”。

4   飞轮

飞轮是盒式录像机上的某个零件。由于它和轴承可以完美的配合，同时其洁白无暇的胴体（好吧，我邪恶了），让我对其爱不释手。轴承中心又孔刚好与我手头的青铜管的尺寸绝对配合，这绝不是一个巧合！因此它就充当飞轮的角色啦。

开始，我尝试将一小段青铜管粘接在录像带盘的表面上，以充当凸轮轴。但是胶水连接金属表面的表现实在让人不敢恭维，总是粘接失效。因此我不得不在轮盘上钻个小孔（给力的钻机），然后使用衣架上的铁丝穿在中间来制做凸轮轴。取一块松木作为飞轮的支撑块，然后在松木一端钻一个小孔，用一小段青铜管将木头和飞轮固定起来，把飞轮套在这个管子上。

5   移气器

移气器是用一个铝制啤酒罐做的。找一个比啤酒罐直径略微偏大的盖子，用热熔胶将盖子胶结在铝制啤酒罐上，使移气器成为是一个平整的空心圆柱。但是用热熔胶密封会使移气器密闭，为防止加热加压导致密闭的移气器爆炸，继而导致斯特林引擎失效，在移气器顶部，我们用小针扎上几个“出气孔”。在正面顶部的中央，用钻头钻一个小孔，然后把用不锈钢丝制备成的连杆粘接到孔中。我手头上的不锈钢连杆，与青铜动力活塞配合的很好，保证较小摩擦力的同时，气密性也不差。我手头上的不锈钢连杆，与这个小孔配合的很好，保证较小摩擦力的同时，气密性也不差。

移气器的长度是非常重要的——理论上，它应该占据移气缸内2/3的空间。在此之前也还要计算一下曲柄行程（我的曲柄前进行程约为20mm），然后用气缸尺寸（90mm）减去该行程，得到移气器最大的尺寸为70mm。

实际上，在制备气缸的过程中，我们才将曲柄粘接到移气器上，否则要是移气器与气缸配合不好将很难修改。同样，也不需要尺寸都量取精确，这都是为后来修改提供便利。胶合曲柄，我使用JB环氧胶。但是温度稍高时，这种快干胶就好像有发软的迹象。

6   移气缸

移气器气缸制作：用开罐器把一个不锈钢罐的底面全部剪掉。拿起另外一个同样规格的不锈钢罐，从同样的底部网上剪掉2英尺，将边缘整理成楔形。这样楔形的设计比较灵活。他能够与配合的第一个不锈钢罐形成良好的密闭条件。同时，在加入移气器和动力活塞时也能够顺利取下。

在移气器顶部的中央钻孔，用JB胶水将铜管与移气器粘接起来，形成密闭空间。在不锈钢罐侧壁部分掏个洞，尺寸与动力活塞的直径相差无几，这时就要用到打磨工具和各种套件。最后把将动力活塞粘接好。

组装时需要把各个曲轴连接起来。在移气器上面的连杆部分也需要加一小段青铜管，整平，像制作动力活塞连杆一样制作一个移气器连杆。连杆最终和曲轴连接起来。活塞外面的外套（用来接触冷却水，降低顶部温度用）是用金q鱼罐头做的。但是这个用起来其实比简单的空气散热效率还要低，并且有渗水现象。最后，这个外套还是取消了。

7   曲柄制作

曲柄连杆是用衣架铁丝制作的。在上部的连接头，只需要将衣架铁丝折弯成90度角，然后插入2.5mm的定位孔当中。在孔的另一端（也就是衣架铁丝的从孔中的突出部分）用热粘胶将铁丝和连杆固定起来。连杆将整个装置连接成一个连贯的循环整体（从动力活塞出发，通过曲柄装置将动力传递到飞轮），这些铜质的连接件都取材于废旧的接线端子。

连接各个连杆时，其形状和尺寸都是比较随意的，但是要保证相互连接时尽量保持垂直。其中一颗连接螺栓整体被掏空，在侧面还攻丝一个小螺纹，另外一颗螺栓用来夹紧连接器中连杆的末端。这个想法参照路人丙。

为了在折弯过程中很好的控制有效长度，连杆中间部分都采用了“Z”型折弯。

8   装配配件

在装配之前，先在稿纸上画个草图，计算引擎各个零件所占的空间。这样可以避免装配之后发现各个零件有干涉或者互相影响，导致引擎不能正常工作。在裁剪和粘接之前，按照装配图先量量，观察哪些地方需要修改。底座用废弃的甲板木制做，横梁使用长度250mm，材料为金属铝条，铝条中央钻孔用来和支撑轴连接，两端分别钻取孔径略小的孔，用来和曲轴连接。用松木做三个木条，较长的用来支撑铝条横梁，两根较短的用来支撑气缸和飞轮盘，用螺钉紧固在底座上。

尽管在着手装配之前就计算了各个尺寸，并在木条和横梁上划了线。我的钻孔无能加上我的“醉汉”便宜钻床搞的最后甚至不能在木条上完整的钻一个笔直通孔。总之，在经历各种错误各种调试后，终于将各个零件各安其位，各做其事。

9   根据效果修修补补

引擎第一次顺利运行成功，但随后也出现了几个问题。首先，飞轮盘的位置不大合适，这会导致气动活塞曲轴不水平，活塞和气缸会产生强烈的摩擦。另外，飞轮盘自重还是太轻，转动惯量太小，我在飞轮上增加了CD盘片（用以加大半径），还增加了两个硬币（增加飞轮重量）。其次，引擎工作过程中，横梁和飞轮盘稍微有点晃动，这个倒是加入几个垫片就可以解决。

经历各种修改和调整，在浪费了不少燃料之后，引擎终于看起来正常工作了。在蜡烛作为燃料的情况下，引擎转速约为150~200转/分，我不甘这个成绩，弄来一台酒精灯，引擎转速达到了近500转/分。而且在高速运转下，引擎运行都灰常良好，我自我感觉也相当良好~但是我担心的是，酒精灯太给力，会不会将环氧胶给点着，然后，噼里啪啦，引擎也灰常良好的解体了……