有哪些有趣的機械機構？

01-15

有沒有人知道一些有趣或者巧妙的機械機構，如
類似的於倫敦翻滾橋（下圖）的，麻煩上個圖或給個鏈接啥的，謝謝。
十分感謝@張淞淇工程師，我之前沒上去圖，其實我想要的是一些通過純機構設計或帶有一些控制的機械機構，比如倫敦翻滾橋，共有8段三角形的結構組成，共12米長。橋樑的神奇之處就在於平時只是一座普通的鋼結構人行橋，但它所特有的可伸展可收縮的8段結構，一旦有船隻通過河面時，橋身就會自動捲起變成圓環形，使得船隻可以順利通過。我想要找一些這樣有創意的機構，希望有這方面信息的朋友給點幫助，謝謝。

感謝邀請。又是一道我喜歡回答的問題。（定期更新）

由於是定期更新，所以趁著今天有時間在前面建一個索引目錄，讓更新內容更直觀

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2017.11.21-首次回答，共三節，編號1，2，3

2017.11.22-首次修改，修改位置：第1節（加入了復刻版指南車照片） / 為了便於區分，所有標題使用粗體字，

2017.11.28-第二次修改，增加安提基特拉機械介紹內容，編號4。這次修改中涉及了部分天文學名詞，如果有不準確的地方，希望知乎相關能人能夠指正

2017.12.18-第三次更新。機械首飾盒。編號5。

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就像提問者一樣，我同樣也對那些精巧神奇的小機構非常著迷。

所以雖然搜集素材非常辛苦費時，但過程仍然讓人甘之如飴。

我的這篇文章，還望本專業看客能夠喜歡。更希望讓其他非專業的看客能夠了解到，我們所處的世界中，原來隱藏著許多至簡至美的小機構，是他們讓我們的生活變得更美好。

1：指南車

指南車又叫司南車，發明人傳說是周公或是軒轅黃帝。史料可考的可以追述到三國時期。這個設備應該算是最古老的差動齒輪裝置，直到今天我們仍然能在汽車差速器上找到類似結構。（見圖1）我看了下設計圖，核心原理基本沒變。真悲哀...

圖1-古代指南車

我到網上找了半天也沒有看到滿意的爆炸圖或者結構圖。所以索性回家試著用樂高積木拼了一個。（見圖2）可能非專業的童鞋看上去和原始的木質指南車結構不太一樣，但運作原理是一樣的。只不過個別部位的傳動方式略有區別而已。也就是說你可以把齒輪組換成皮帶，直齒輪換成傘齒輪等等

圖2-樂高乞丐版指南車...&>_

那麼這個東西是如何運作的呢？，請看圖3。如圖所示，橘黃色旗子代表指南針方向。旗子下部連接一個傘齒輪組（藍色圓環內，主要是為了改變立的傳遞方向，使旗子能左右擺動而不是上下擺動）。圖中橘黃色箭頭標出的深灰色部分是差動齒輪的外殼。兩個綠色箭頭所代表的齒輪組作用是將輪胎的旋轉傳遞到差動齒輪上。需要注意的是，這兩個齒輪組各自都需要使用相同齒數的齒輪配對。之所以左右齒輪組一個是兩個，一個是三個，這是為了讓差動齒輪組內部的兩個小傘齒輪旋轉方向相反，轉速相同。那麼如果車是沿著直線前進，差動齒輪組內部小齒輪正好是相互反向同速旋轉，所以外部的深灰色外殼是不會轉動的。一旦小車轉彎，那麼彎道內側的輪子就會比外側的輪子轉速慢，差動齒輪就會反向補償轉角，傳遞到小旗子上體現出的就是旗子的轉動方向正好和車子轉向相反，角度相等。所以旗子指向的方向會始終不變。

圖3-手殘的塗鴉標註。。。

估計你們已經蒙了，還是上動圖吧。（分別是直行，左轉和右轉）

很遺憾，我沒有齒數相同的傘齒組，所以小旗子反向轉的稍微有點快。強迫症患者表示接受不了呀。

下面就是這貨的核心，差動齒輪了（見圖4）

圖4-差動齒輪組

2017.11.22 修改內容

今天吃飯時說起拿玩具拼了個指南車的事。母上淡淡的說道：哦，指南車呀。我柜子里有個等比例縮小復刻版的。我十幾年前裝的。我........整個人都不好了，66666。就是這個了，哪個朝代的版本我不太清楚，應該是等比例還原。呃，拍照的時候沒擦灰，弄得哪哪都是大手印子。差動器是用行星齒輪實現的。廢話少說，打著擦灰保養的名義，我又把我們家東西拆了...

吃灰復刻版指南車-整體

行星齒輪組

底部圖片

本節參考文獻：

http://www.i3done.com/model/84627.html

我家櫃頂母上大人的木頭車

2：阿基米德螺旋管

也叫阿基米德式螺旋抽水機。我第一次見到這東西還是在一個達芬奇發明展上，模型很精緻，都是當地的中學生利用課餘時間做的。外殼一半是木質一半是透明的有機塑料，便於參觀者觀察內部動作。當時拍的照片我找不到了，回頭哪天找到了再傳上來。開始以為是達哥的發明，後來才知道原來歷史比我想像的更加悠久。有人說是居住在尼羅河畔的埃及人的發明，有人說是由阿基米德最早創造的。眾說紛紜，無從考證。（見圖5）

圖5-懶癌晚期取水工終極解決辦法

總之，阿基米德螺旋管主要被應用在灌溉和取水活動中。結構非常簡單，是由一個中空長筒加上一個帶搖柄螺旋器組成。當河岸上的人搖動手柄，河中的水便會隨著螺旋升角進入管子。操作者每轉一圈手柄，兩個螺旋間的水便提升一格。降低了古人從河中取水的勞動強度，增加了效率。

你看，我覺得科技進步的原動力才不是好奇心呢，是懶！！懶癌晚期啊，好不好…

題外話：另外我看了這個設備在當代的應用，尼瑪除了加了個電機真真的毫無變化呀。喂，阿老先生的棺材板快要蓋不住啦！！

本節參考文獻：

https://zh.wikipedia.org/wiki/阿基米德式螺旋抽水機

3：曲柄滑塊機構

最近總是被女兒纏著一起做手工。於是索性自己也買了一本給成年人的手工書，打算坐旁邊一塊做。收到以後發現這書簡直是為我等量身定做的啊。（見圖6）

圖6-就是這坑貨害得我周末一下午別的啥也沒幹

內容簡單的分了幾個部分，除去列印好的手工製作頁外，還有關於每個作品的功能，名稱，安裝說明。But，後面高潮來了。裡面還對每個作品的機構原理，運動軌跡學，模型力學也做了非常詳盡的分析。這特么妥妥的機械科普讀物啊這，叫你手工書真是委屈您了，閣下…

（見圖7，8）

圖7-機構簡介舉例

圖8-原理說明舉例

首日成就達成，就是這麼架子，旁邊一個定軸加上兩個連動桿。（見圖5）

圖9-噹噹當。。。首日開封成就

雖然看起來超級簡單，可是它在現實中的應用可是相當不簡單的。看著眼熟對吧。是的，發動起氣缸用的就是這個構造，只不過把曲柄換成了曲軸而已。沒有它搞不好我們現在出門還騎馬呢… （見圖10）

圖10-氣缸工作示意圖

我今天翻箱子的時候恰好找到一個我忘記拆掉的樂高氣缸模型。曲軸就是圖11里把所有氣缸連到一起的那個軸。圖12是正面圖。這就是傳說中的V12引擎，膩害了。

圖11-氣缸模型屁股

圖12-氣缸模型腦袋

還有一個耳熟能詳的應用就是健身房的橢圓儀。

一些大眾不熟悉的比如壓縮機，沖床，鋸床也是應用的這個機構。同時，由於末端輸出速度不恆定，我們還可以利用這個特性達成慢速輸出，空程快回的效果。比如鋸床。

本節參考文獻：PAPER MODELS THAT MOVE-14 Ingenious Automata - Walter Ruffler

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2017.11.27更新內容

4：安提基特拉機械

聽說這個名字的那一瞬間，撲面而來的就是一股濃濃的二次元風。感覺這種名字後面接的應該是天基軌道炮什麼的才押韻...然而，它並不是。

安提基特拉機械是現今為止人類所發現的歷史最悠久，也是最複雜的科學計算機械。（約公元前150年至100年間）用途為計算天體位置。第一個齒輪碎片於1902年在希臘的安提基特拉島附近的沉船中，被考古學家維拉里奧斯所發現。如圖13

圖13-機械部分碎片

由於年代久遠，設備的大部分已經損壞或者遺失了。但即使如此，通過現代科技逆向工程所復原的這一青銅機械據推測至少也是由30個以上的齒輪組組成，甚至有些學者認為齒輪組的數量多達72個。如圖14

圖片14-現代推測的原理圖之一

目前，人們共發現了該裝置的82個碎片，現存放於希臘雅典國家考古博物館。複製品分別在美國和德國的博物館展出。如圖15（喂，寫穿越文的各位大大們，看到沒，就豬腳那水準，估計扔公元前也不算個啥...）

圖15-現代複製品

具體使用方法為：在曲柄端（已遺失）輸入端輸入日期，輸出端可自動顯示出天文歷中日月行星的變化。

其中最主要的功能分別為：

顯示包含日，月，黃道十二宮的陽曆

指示陰曆變化規律

計算交食周期

計算顯示奧林匹亞周期。（泛希臘運動會就是按照這個周期舉行的。分別是奧林匹克，皮西安，尼米亞，地峽運動會）

意義：首先，這個機械裝置應用了大量緊湊設計。雖然是青銅產品，但其技術含量直追近代鐘錶製造水平，證明了當時希臘文明擁有極高的製造能力。另外，除了高度發達的製造能力外，高超的天文學水準和數學造詣也是這一裝置必不可少的前提。甚至後兩者更為重要。

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2017.12.18更新內容

5. 機械首飾盒。

這次更新偷個懶，並不是前人的發明。

前兩天送給老婆的禮物。木質的機械首飾盒。整體類似中國古代的榫卯結構。買來的時候是零件，需要自己拼裝。不需要任何粘合劑和金屬連接件。

成品我覺得非常漂亮和精緻，所以和大家分享下。廢話少說，上圖片

圖16-首飾盒側視圖

圖17-首飾盒斜視圖（怕你們又說我安利，這回我把銘牌塗掉啦）

又是一年的年關，這幾天毫無意外忙的飛起。只能忙裡偷閒寫點東西。都好幾天沒有完成閱讀和單詞量任務啦。T_T 好消息是聖誕放假計劃專心在家看資料，學習，寫東西。最近在準備回答一篇關於RFID的文章，正在收集素材，希望聖誕節期間能夠問世吧。

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文章會隨著我收集到的素材定時更新。整理資料和驗證好累的，所以不要著急喲。如果能抬手點個贊就更好了。謝謝各位老闆

未完待續。。。

當然是Peaucellier-Lipkin連桿機構啊！

簡圖見下：

Peaucellier_linkage_animation.gif 動圖點擊這裡

當深藍色的連桿轉起來的時候，最右的點在空間中的運動軌跡為虛線所示的直線。

Sylvester給Kelvin勛爵展示過一個Peaucellier-Lipkin連桿機構的模型，Kelvin勛爵像看到自己孩子一樣愛不釋手，當這個機構動起來的時候，感嘆道：「老夫此生從未見過如此漂亮的東西！」（不知道他太太怎麼想）

如果沒理解這個東西美在哪裡，我解釋一下：

這個機構的奧妙在於：在沒有已知直線的情況下把旋轉運動變為直線運動，相當於憑空造出來一條完美直線。完美直線的生成對於蒸汽機什麼的製造很有意義。這個機構的產生完美直線的原理很簡單，初中幾何就能證明。但在它被發明（1864年）之前，無論是數學家還是機械工程師，愣是沒想出這麼一個結構來。在此之前，完美直線的生成機構總需要或長或短的一段直的導軌。

太漂亮了。忍不住再看一遍