只要啟動(dòng)汽車(chē)的引擎,泵就開(kāi)始運(yùn)動(dòng),將汽油傳送至汽化器中,使水在冷卻系統(tǒng)中循環(huán),并輸送機(jī)油來(lái)潤(rùn)滑引擎.現(xiàn)代的汽車(chē)也利用風(fēng)箱來(lái)吹送冷、暖氣.泵的種類(lèi)有很多,例如家庭用的真空吸塵器內(nèi)就有吸氣裝置.在現(xiàn)代化家庭里,中央暖氣系統(tǒng)中的水是靠泵來(lái)輸送的,冷卻系統(tǒng)中冷卻液的循環(huán)也是由泵來(lái)完成的;洗衣機(jī)也依靠旋轉(zhuǎn)式泵(rotary pump)來(lái)工作,但是你可能從未思考過(guò)其中的奧秘吧!
用旋轉(zhuǎn)式葉片泵(vane pump)最容易說(shuō)明泵的工作原理,其橫切面如圖1所示.當(dāng)轉(zhuǎn)子(rotor)依一固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),它在進(jìn)氣口、排氣口之間會(huì)與泵的外殼緊密地接觸.轉(zhuǎn)子上裝有兩個(gè)葉片,兩葉片間的彈簧可使轉(zhuǎn)子與外殼保持緊密接觸.
當(dāng)轉(zhuǎn)子在如圖所示的位置時(shí),空氣經(jīng)由1號(hào)通道進(jìn)入A室.B室的空氣因葉片與外殼密接而跟外界隔絕.但隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng),葉片會(huì)通過(guò)2號(hào)通道,使得B室與2號(hào)通道相連;轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),B室變小,而包含在里面的空氣會(huì)經(jīng)過(guò)2號(hào)通道被推出去.當(dāng)上面的葉片通過(guò)1號(hào)通道后,A室就會(huì)變成新的B室,這樣的循環(huán)會(huì)反復(fù)地進(jìn)行.
這類(lèi)泵的效率非常高,被用來(lái)抽除真空管中的空氣,例如抽出熱水瓶壁與電燈泡中的空氣等.
齒輪泵(gear pump)的構(gòu)造如圖2所示,它應(yīng)用在機(jī)械裝置的液壓缸中,泵送高壓的液壓油,例如在牽引機(jī)和挖土機(jī)上均會(huì)用到.當(dāng)兩個(gè)齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),會(huì)將齒輪的齒隙與外殼之間的油從A傳送到B,因而使A中的壓力降低,B中的壓力增加.
如果將A與B連接至含有一個(gè)活塞的液壓缸(圓形筒)的兩端,則其作用時(shí)會(huì)推動(dòng)活動(dòng)塞沿著圓筒運(yùn)動(dòng)(圖3).若將齒輪逆轉(zhuǎn),則液壓油將從B輸送到A,并使活塞作反向運(yùn)動(dòng).
旋轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)(air blower)對(duì)于需要泵送大量空氣的問(wèn)題是一項(xiàng)非常高明的設(shè)計(jì).兩種旋轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)如圖4所示,它們都有兩個(gè)轉(zhuǎn)子,運(yùn)作時(shí)兩個(gè)轉(zhuǎn)子同步反向轉(zhuǎn)動(dòng),并保持密接.看到上述數(shù)種不同形式卻具有相同性質(zhì)的泵,你是不是覺(jué)得它們非常吸引人呢?如圖示,空氣從P吸入后,經(jīng)Q氣密地運(yùn)送至R排出.
雖然旋轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)和葉形輪油泵(lobe type oilpump)設(shè)計(jì)上有些不同,但在轉(zhuǎn)子的運(yùn)作概念上卻是一樣的.在油泵一邊通過(guò)改變體積形成更大的空間以吸入機(jī)油,在油泵另一邊則以相反的動(dòng)作排出機(jī)油,這就是葉形輪油泵的運(yùn)作過(guò)程.葉形輪油泵如圖5所示,它由一個(gè)四葉的內(nèi)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)一個(gè)五葉的外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng).轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)內(nèi)外轉(zhuǎn)子是互相嚙合的,但因其葉片數(shù)不同,所以旋轉(zhuǎn)時(shí)它們分別依不同的軸旋轉(zhuǎn)(由圖可看出內(nèi)轉(zhuǎn)子的中心在外轉(zhuǎn)子中心的下方).內(nèi)、外轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)改變相對(duì)位置,但其間的體積仍保持為常數(shù).兩個(gè)轉(zhuǎn)子間的空間在吸、排通道時(shí)會(huì)開(kāi)放,其在吸氣口時(shí)空間增大,而在排氣口時(shí)空間減。
上述這些泵的設(shè)計(jì)都是動(dòng)力學(xué)上的絕佳范例,而探討物體運(yùn)動(dòng)中的幾何變化情況也算是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支.要成為一個(gè)好的工程師,這方面的思考能力是不可缺少的.機(jī)械裝置的研究與動(dòng)力學(xué)是密切相關(guān)的,在教運(yùn)動(dòng)幾何學(xué)時(shí),以此為范例特別有意義.