斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，又稱(chēng)外燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。它依靠封閉在氣缸內(nèi)的氣體熱脹冷縮產(chǎn)生的力工作。與傳統(tǒng)的蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)相比，它沒(méi)有復(fù)雜的配氣系統(tǒng)，能使用各種能源。它的工作介質(zhì)（一般情況下用空氣即可）在封閉的氣缸內(nèi)往復(fù)流動(dòng)，既不象蒸汽機(jī)那樣需要高壓水蒸汽和消耗水，也不象內(nèi)燃機(jī)那樣爆炸燃燒，因此制作容易，成本低廉，安全環(huán)保，作為熱機(jī)教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)拓展和輔助教具是很合適的，職業(yè)學(xué)校的機(jī)械班學(xué)生自己制作實(shí)驗(yàn)，也是很好的項(xiàng)目。

圖1 實(shí)物圖

制成的簡(jiǎn)易斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)物圖如圖1。工作原理請(qǐng)參看圖2和圖3：發(fā)動(dòng)機(jī)在受到熱源加熱時(shí)，封閉在熱置換氣缸和動(dòng)力氣缸內(nèi)的空氣，受熱膨脹推動(dòng)動(dòng)力活塞上升，動(dòng)力活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸帶動(dòng)熱置換活塞向上運(yùn)動(dòng)，空氣穿過(guò)熱置換活塞流向熱置換氣缸的熱端，繼續(xù)膨脹推動(dòng)動(dòng)力活塞上升;動(dòng)力活塞上升到上止點(diǎn)時(shí)被飛輪的慣性帶動(dòng)通過(guò)上止點(diǎn)，此時(shí)在冷端經(jīng)過(guò)冷卻的熱置換活塞已開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)，空氣流經(jīng)低溫的熱置換活塞到達(dá)冷端受冷收縮，拉動(dòng)力動(dòng)力活塞下降。熱置換活塞和動(dòng)力活塞相互配合，使發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下去。

圖2 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)剖面圖

①熱置換氣缸 ②熱置換活塞 ③動(dòng)力氣缸 ④動(dòng)力活塞⑤支架 ⑥曲軸 ⑦飛輪

圖3 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程

材料和工具：

鐵質(zhì)八寶粥易拉罐3個(gè)。自行車(chē)輻條3根，要求輻條帽能在輻條桿上自由滑動(dòng)?？昭栏喙芤粋€(gè)。廢舊的光盤(pán)3張。氣球一個(gè)。有韌性的泡沫塑料一塊（如拖鞋底）。大頭針一個(gè)，直徑2毫米鐵絲20厘米。透明膠布。廢圓珠筆管。

使用的工具為鉗子，剪刀，電烙鐵和焊錫（沒(méi)有電烙鐵也可以使用二合一強(qiáng)力膠），錐子或鉆，直尺，圓規(guī)。

制作方法：

本設(shè)計(jì)使用的是八寶粥罐易拉罐，因?yàn)樗拈_(kāi)口是一個(gè)大圓形，而飲料易拉罐的開(kāi)口較小，需要擴(kuò)口。文中所給尺寸沒(méi)有嚴(yán)格要求，并盡量說(shuō)明設(shè)計(jì)原理，以便讀者可以用其它容器自行設(shè)計(jì)制作。

一、 加工支架易拉罐

取一個(gè)易拉罐，在距罐口2厘米處左右對(duì)稱(chēng)地鉆兩個(gè)孔，孔的直徑略大于自行車(chē)輻條的直徑。這兩個(gè)孔是曲軸主軸（參見(jiàn)圖1圖2圖5）運(yùn)轉(zhuǎn)孔。

在此易拉罐的底部正中鉆一個(gè)孔，插入自行車(chē)輻條帽。為了保證輻條帽的螺孔和易拉罐的軸心同心，在易拉罐塑料蓋的中心鉆一個(gè)小孔，蓋在罐口。用一根輻條穿過(guò)輻條帽，再?gòu)乃芰仙w的小孔伸出，用電烙鐵將輻條帽和罐底焊在一起。見(jiàn)圖4。此孔是熱置換活塞桿滑道。

圖4 支架易拉罐底部圖

二、 制作熱置換氣缸和動(dòng)力氣缸

1.制作熱置換氣缸。

在一個(gè)易拉罐壁距罐口4厘米處鉆一個(gè)直徑4毫米左右的孔。此孔最好從罐內(nèi)向罐外鉆，鉆好后毛刺朝處，不必處理。

2.制作動(dòng)力氣缸。

取半個(gè)易拉罐作為動(dòng)力氣缸。在距罐底1.5厘米的罐壁上鉆一個(gè)直徑4毫米左右的孔，用于連接熱置換氣缸。

3.連接熱置換氣缸和動(dòng)力氣缸。

用鐵皮卷一個(gè)直徑1厘米、長(zhǎng)2厘米的圓筒，把接縫焊牢。把熱置換氣缸、圓筒和動(dòng)力氣缸焊接在一起。這樣兩氣缸通過(guò)壁上的孔和圓筒，形成了一個(gè)空氣流通的通道。熱置換氣缸和動(dòng)力氣缸之間的連接筒做得較粗，是為了增加強(qiáng)度。

三、 制作曲軸和熱置換活塞系統(tǒng)

1.制作曲軸。

用自行車(chē)輻條按圖5形狀和尺寸彎制曲軸，轉(zhuǎn)角處順滑一些，尺寸差不多就行，要求不嚴(yán)格。彎制前在車(chē)輻條上套上一段圓珠筆管，要緊一些，以防止曲軸在支架上串動(dòng)。順著曲軸主軸方向觀察時(shí)，動(dòng)力活塞曲柄與熱置換活塞曲柄之間成90度角。

圖5 曲軸

①曲軸主軸（右側(cè)白色部分為圓珠筆管）

②熱置換活塞曲柄（長(zhǎng)度約1.5厘米） ③熱置換活塞連桿軸

④動(dòng)力活塞曲柄 （長(zhǎng)度約1厘米） ⑤動(dòng)力活塞連桿軸

2.制作熱置換活塞上的擋片。

見(jiàn)圖6。

圖6 熱置換活塞上的檔片及組裝后的熱置換活塞

3.制作連桿和熱置換活塞桿接頭。

用一塊長(zhǎng)5厘米，寬16毫米的鐵皮，對(duì)折成長(zhǎng)5厘米，寬8毫米的鐵皮，這樣做是為了增加強(qiáng)度。在此鐵皮兩端各鉆一個(gè)孔，一個(gè)孔的直徑略大于自行車(chē)輻條的直徑，另一個(gè)孔的直徑略大于大頭針的直徑。連桿就制作完成了。再制作熱置換活塞桿連接頭。取一塊3厘米長(zhǎng)8毫米寬的鐵皮，中心鉆孔插入輻條帽，焊牢，在輻條帽頂端也焊一點(diǎn)焊錫，使輻條能夠擰緊到輻條帽上而不能穿過(guò)它。在鐵皮兩端各鉆一個(gè)與大頭針粗細(xì)相當(dāng)?shù)目?，把鐵皮兩端向上折成U形。用大頭針把這個(gè)連接頭和連桿連接起來(lái)。見(jiàn)圖7。

圖7 熱置換活塞連桿和活塞桿接頭組件

一、 整體組裝與制作動(dòng)力橡皮膜組件

1.把熱置換活塞裝入熱置換氣缸，熱置換氣缸口與支架易拉罐底對(duì)齊，曲軸主軸線(xiàn)與熱置換氣缸和動(dòng)力氣缸的連接筒平行。用手把住兩個(gè)易拉罐，搖動(dòng)曲軸，如果曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，就用透明膠布纏繞接縫處，否則查明故障原因，排除故障。纏繞時(shí)拉緊透明膠布，使罐口與罐底之間接合牢固不透氣。

2.制作動(dòng)力活塞橡皮膜組件。把氣球橫向剪開(kāi)，取碗形部分，碗底正中間剪一個(gè)小洞。按照?qǐng)D8把一段鐵絲與螺絲桿連接起來(lái)，鐵絲就是動(dòng)力活塞連桿。制作兩個(gè)泡沫塑料圓片，圓片中心鉆孔。在螺桿上依次穿上圓片、氣球、圓片，擰緊螺母。

3.在動(dòng)力氣缸口處纏繞兩層透明膠布，膠布邊緣比氣缸口略高，以防止氣缸口割破氣球。把氣球套在動(dòng)力氣缸口上，不要把氣球拉得太緊，在包住氣缸的氣球外部纏繞透明膠布，使氣球不能從氣缸口脫落。鐵絲靠近曲軸動(dòng)力活塞連桿軸，此時(shí)由于熱置換活塞的重力作用，動(dòng)力活塞曲柄處于水平狀態(tài)。把鐵絲在軸上繞一圈，多余部分剪斷。找一只舊棉線(xiàn)襪子，剪去腳尖部分，剩下的部分卷成寬4厘米的圓環(huán)套在罐口與罐底的接縫處，做為散熱器。

圖8 動(dòng)力活塞組件

二、 組裝支架易拉罐、曲軸和熱置換活塞系統(tǒng)

1.把曲軸飛輪端穿過(guò)支架易拉罐的一個(gè)孔，把連桿放到罐內(nèi)穿到曲軸上，向各個(gè)方向試著旋轉(zhuǎn)曲軸，直到連桿穿到熱置換活塞連桿軸上，曲軸飛輪端從支架易拉罐的另一個(gè)孔穿出。在曲軸飛輪端穿上一段圓珠筆管固定曲軸，使它能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)而不左右串動(dòng)。把一根自行車(chē)輻條從支架易拉罐底部的車(chē)輻條帽中擰過(guò)，再擰緊到熱置換活塞桿接頭的車(chē)輻條帽上。用兩段C型圓珠筆管夾在曲軸上連桿兩側(cè)，左右調(diào)節(jié)連桿位置，使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。

2.確定熱置換活塞桿長(zhǎng)度。轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，使熱置換活塞連桿軸降到最低點(diǎn)（離支架易拉罐罐口最遠(yuǎn)處），因八寶粥易拉罐做的熱置換氣缸的深度為118毫米，留出5毫米的間隙，從支架易拉罐罐底算起，保留113毫米長(zhǎng)的車(chē)輻條，多余部分截?cái)唷?/p>

3.把一個(gè)熱置換活塞檔片穿入活塞桿，小圓筒方向向下。轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，使熱置換活塞連桿軸升到最高點(diǎn)。移動(dòng)檔片，使它到達(dá)距支架易拉罐罐底5毫米處。把鋼絲清潔球穿在活塞桿上，再把另一個(gè)檔片穿到活塞桿上，檔片上的小圓筒方向向上。拉伸揉捏鋼絲清潔球，使它布滿(mǎn)兩檔片之間，并略粗于易拉罐內(nèi)徑。參見(jiàn)圖6。

六、制作飛輪

用一個(gè)大號(hào)的牙膏管，擰下管帽，把光盤(pán)套在牙膏管上，再擰緊管帽，剪去多余的牙膏管，飛輪就制作完成了。用一小段竹筷子把飛輪固定到曲軸上。也可以用其它圓形材料制作飛輪，但用光盤(pán)和牙膏管制作的好處是能方便地增減光盤(pán)數(shù)量，研究飛輪質(zhì)量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的影響。

使用方法

把散熱器用水浸濕，燃?xì)庠畲虻叫』馉顟B(tài)，然后把發(fā)動(dòng)機(jī)架在燃?xì)庠钌?，熱置換氣缸底部正對(duì)火焰，用手轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，過(guò)一會(huì)感到發(fā)動(dòng)機(jī)有動(dòng)力輸出后松開(kāi)手，發(fā)動(dòng)機(jī)就自己轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)了。在實(shí)驗(yàn)室或課堂上使用時(shí)可以使用酒精燈作為熱源，但最好的辦法是使用吃火鍋用的固體酒精膏，它比液體酒精要安全很多。