第107章 齿轮咬合的时代

“摩擦吃了,振动散了,齿轮咬不紧漏了。”李健说,“所以得改。”

改就从齿轮开始。韩师傅带着木工队,用新打的钢刻刀雕齿轮。齿形从直愣愣的方齿,改成带弧度的“渐开线齿”——那是李健凭着前世记忆画的,像花瓣边缘的曲线。新齿轮咬上时,声音从“咔哒咔哒”变成“嗡嗡”轻吟。

孙铁匠打了铁轴套,套在木轴上。又熬了锅怪味的油——牛油混硫磺,臭是臭,抹上后轴转起来轻快多了。

改完再试,同样一股水,锤头起落快了两成。老胡摸着被锤得更平整的铁坯,喃喃:“这学问……真管用。”

李健又抛出新点子:“能不能用皮带传力?或者铁链?”

韩师傅试了牛皮带,滑;试了麻绳,抻。最后用三股麻绳编成辫子,浸透鱼鳔胶,晾干后硬中带韧。这“绳带”连上水轮和远处的磨盘,居然成了。虽然隔三差五得紧一紧,可毕竟能把力传到十步外。

铁链的尝试则艰难得多。

孙铁匠带着徒弟,光着膀子在炉前忙活了整整三天,打出数百个椭圆形铁环,再一个个铆接起来,做成一条五尺来长的粗重铁链。

然而,当它被满怀期待地套上齿轮尝试传动时,发出的却是“哗啦啦——哐啷哐啷”的巨大噪音,沉重而不灵活,活像拖曳囚犯的冰冷镣铐,不仅效率低下,对齿轮的磨损也异常剧烈。

李健观察后摇了摇头:“链条传动,对链环的强度、铰接的精度要求太高。我们现在的铁料和工艺还差得远。这个念头,先记下,等咱们有了更好的钢再说。”

最让所有工匠感到匪夷所思、甚至有些目眩神迷的,是李健提出的“变速箱”概念。当他在黑板上画出一个方匣子的剖视图,里面嵌套着几组不同大小的齿轮,外部则伸出一根可以拨动的杆子时,教室里一片寂静。

“有了这个东西,”李健的教鞭点在那个神奇的匣子上,“一台水轮机,就能在不同的时辰,干不同的活计。上午需要重锤锻铁,就拨到慢挡,让力量沉下去;下午需要纺纱捻线,就换到快挡,让速度提起来;傍晚需要碾磨谷物,或许还有个中速挡可用。就像驾驭马车,平路用快马,上坡换壮马,根据需要,随时调换。”

工匠们面面相觑,消化着这个近乎天方夜谭的想法。韩师傅喉结上下滚动了好几次,才艰难地发出声音:“这……这匣子真能做得出来?里面的齿轮自己会跳槽换位?”

“不做,怎么知道不行?”李健的回答只有简单的两个字,却重若千钧。

试验场选在了河滩边临时搭建的工棚里。

首先进行的是模型验证。木匠们选用硬木,精心制作了一个只有巴掌大小的微型变速箱模型,用手摇动输入轴,然后拨动外部的木质拨杆——里面的小齿轮确实能在巧妙的滑槽设计下,与不同的齿轮组啮合或分离,从而实现“换挡”。

然而,问题也随之暴露:在有力矩负载的情况下换挡,模型内部会发出令人牙酸的“嘎嘣”声,甚至有两次,小巧的木齿轮承受不住切换时的冲击,崩飞了出去,在工棚的泥地上滴溜溜打转。

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“力没断开,硬碰硬,肯定不行。”李健蹲在散架的模型前,手指无意识地拨弄着那些精巧的小零件,陷入了沉思。突然,他眼睛一亮,如同星火划过夜空:“得在换挡之前,先让两边的连接‘脱开’!我们需要一个‘离合器’!”

他立刻用两个扁平的木圆盘进行试验:一个木盘固定在水力输入轴的末端,另一个木盘则通过滑键安装在同一根轴上,可以沿轴向前后滑动。

一条经过鱼鳔胶处理的麻绳,以一种特殊的方式缠绕在两个木盘的边缘。

当需要传递动力时,拉紧麻绳,两个木盘被紧紧压合在一起,摩擦力使之共同旋转;当需要断开动力以换挡时,松开麻绳,两个木盘自然分离,输入的动力便不再传递到后面的齿轮组。这个装置土得掉渣,原理简单到近乎原始,但它确实有效地解决了“动力切断”这个关键问题。

一个多月后,在无数次的修改、调试、失败、再尝试之后,第一台真正意义上的实用变速箱,被安装在了河边一处经过加固的水力工坊里。

那木制的变速箱体约有米斗大小,表面还带着新刨的木茬清香,内部装着两组可以切换的齿轮副,外部伸出两根沉甸甸的硬木拨杆,一根控制离合,一根控制换挡。

水轮机在河水的推动下哗哗转动,沉重的木轴缓缓旋转。所有参与研制的工匠,以及闻讯赶来的众多好奇者,将工坊围得水泄不通,空气中弥漫着紧张与期待的凝滞感。

韩师傅作为主参与者,深吸了一口混合着水汽、木头和油脂气息的空气,稳定了一下微微颤抖的手,握住了离合拨杆,缓缓推入——“咔”一声轻响,动力接合。

他感受着通过拨杆传来的细微震动,然后,毅然推动了另一根换挡拨杆。

低速挡,水力锤“咚”一声闷响,砸得铁砧震颤。

高速挡,旁边试验的纺车“呜”地转成白花花一片。

围观的工匠炸了锅。“神了!真神了!”“一水分干两样活!”

虽然还得手动切换,可那“咔嚓”换挡的瞬间,像推开了一扇新门。

传动组的成功,像在死水里扔了块大石头。工匠们的脑子活络起来。

老胡设计了个“曲柄滑块”——把圆转变成来回动,想用在凿石机上。“石匠最累就是举锤,要是机器能自个儿凿……”

孙铁匠画了“凸轮顶杆”,想让锻锤按他心意轻重缓急地打铁。“打刀背要沉,打刀刃要轻,这凸轮一转,全有了!”

连周大福都掺和进来。他捏着陶泥,琢磨怎么用齿轮齿条让陶轮边转边上下,“塑大缸时,要是坯子能自己升降,省多少腰劲!”

这些想法粗粝,甚至可笑,可李健全收了。他在学堂辟了面“巧思墙”,把这些草图全贴上去,谁有好点子都能往上添。

周三的研讨会越来越热闹。木匠和铁匠吵齿轮该用木还是铁,石匠和陶匠争轴承怎么做耐磨。吵着吵着,竟吵出了新东西:

韩师傅和孙铁匠合作,做出了第一套全铁齿轮。虽然只是炒钢材,齿咬得却比木齿轮密实,传力少了三成损耗。

老胡和周大福鼓捣出陶轴承——烧陶时留好孔,晾凉了灌进油,装在石磨轴上,转一天都不热。

最让李健感到惊喜乃至震撼的,依然是少年李定国。这个平日里参与军队及教书的少年,一旦置身于齿轮、连杆、传动图的世界,整个人也会散发出一种迥异的光彩。

他那双总是低垂或望向远方的眼睛,会变得异常专注明亮,仿佛能穿透木铁的表面,直视力量流动的轨迹。他拥有一种近乎直觉的空间想象力和计算能力,复杂的齿比换算、传动链的扭矩分配,他往往心算片刻便能得出结果。

更难得的是,他能从整体系统出发,敏锐地发现结构中的薄弱或失调之处。