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2.14 说服(2 / 2)

范东来听得惊讶万分,眼前这年青人所讲的符号表示法自己从未听闻,却又看起来极为简练易懂。范东来起初因为对数学表达式不太适应,因此一时没有看懂,李不伟也不着急,坐在旁边慢慢喝着茶。过了良久,只听范东来突然大叫一声,李不伟吓了一跳,再看范东来却已脸带喜色,一个人在那里手舞足蹈,全然不顾自己学生还在当场,李不伟见状暗暗好笑,心想不如再给你多讲些东西吧。李不伟不待他有所反应,又问道:“如果范大人要将此原理做成计时的计置,不知准备如何做法?”

范东来想了片刻,说道:“如果要让钟摆一直运行下去,一定是要施加外力的,只是如何即能让保持钟摆运动,又能控制其长久?”

李不伟笑了笑,又画了一张摆钟的简单示意图,然后在摆臂原点加了一个步进齿轮装置,其实也是个棘轮装置。如此一来,钟摆每摆动一次,就会被施加一点外力以保持其振幅。李不伟笑道:“如此施加一个转动的力,便能让钟摆一直运动下去了,至于这外力如何施加,方法却很多,例如可以将重物吊在转轴上,利用重力自然下坠的方法驱动施力轴,这算是最简单的方法了。”李不伟无法确定当时是否可以制造弹簧,因此只说了这种简单方法。

范东来看了图后,一时便已明白,连声称赞,但李不伟却另有目的,又问道:“只是范大人可知道这摆钟的齿轮如何制造,才能保持得运转得最为精确?”

“这……”范东来一时愣住,宋朝当时已有些齿轮,大多不太重视啮合面,一些笨重工具上多为直齿,因为这种齿轮最好加工,而有些仪器上却多以圆弧面作为啮合面,但李不伟既然如此发问,必然另有原因,因此范东来一时不知道如何回答是好。

李不伟见状笑道:“其实我发明了一种渐开线的齿轮。”说到这里,李不伟不禁脸上微微一红,但想到此时尚无渐开线齿轮问世,说是自己的发明也无可厚非,便继续说道:“只是这种齿轮需用到更为复杂的数学知识。”

范东来此时的态度已是大不一样,惊讶之余,对李不伟又多了几分佩服。李不伟见状也来了精神,又讲起了二维平面直角坐标系,并写出了渐开线的曲线方程,然后又画了齿轮模型,讲了齿轮中“模数”的概念。如此大概讲了两个多时辰,范东来仍然没太明白,李不伟此时已有些饿了,范东来当下叫人出去买了饭菜回来,几人匆匆吃了,李不伟又继续讲了起来。

其实不是因为范东来理解能力不够,实在是这种新的数学公式表示法在当时太过新颖,范东来一时适应不了。饭后,李不伟又继续讲了一个时辰,范东来终于渐渐听得明白了。

李不伟继续道:“如果采用渐开线作为啮合面,便能使得两个齿轮在任意的转动瞬间,齿面上所受的都是正压力,也就是说,齿面在任何时间所受压力垂直于齿面,而且不存在齿面相互磨擦滑动的情况。范大人可以再看一下,两个相啮合的齿轮,其模数也必然是一样的,而且每个渐开线齿轮的最少齿数是十七,也就是说,无法造出一个齿数为十六的渐开线圆柱齿轮,其原因也受范成法加工工艺的限制,如果小于十七,将会产生根切现象。”

范东来一看果然如此,李不伟又道:“但如果将齿轮改为斜齿,则可以突破这个限制,而且齿轮间的接触面积更大,况且有些机械不一定要求渐开线的齿轮,例如还可以制造圆柱面齿轮,双曲面齿轮,只是这些又是另外的曲线方程式了。”

然后,李不伟举了个例子说道:“例如一个外径为147齿轮,其齿数为47,而另外一件齿轮外径75的齿轮,齿数为23,如此计算下来模数是3,传动比已经固定下来,但这种齿轮还有另一个好处就是,两个齿轮的中心距可以有适当距离的位移,而不改变渐开线齿轮的特性与传动比。”

范东来又看了一会,终于明白李不伟所说的意思,此时他对李不伟已是佩服之至。

李不伟忽又叹了一口气,道:“只是这齿轮设计本是一门十分复杂的学科,不仅是渐开线的问题,而且不同尺寸的齿轮所采用的渐开线段也不一样,因此制造起来极为麻烦,虽然可以采用模型铸造的方法,但其精度却无法保证,不过好在摆钟的齿轮要求并不高,只要传动过程中没有太大阻力,这传动比是固定的,只要钟摆的频率定下来,齿轮的啮合精度倒是不用过多考虑。”

杨万景道:“如此一来,时针与分针的传动比应该是六十了?”

李不伟笑道:“是啊,只是这两个传动是通过多级实现的,通常齿轮制造时两个齿数最好互为质数,如此一来,两个齿轮的任意两个齿都有相互接触的机会。即使不能互质,也不要设计为互为整数倍关系,否则大齿轮的某个齿只与小齿轮的某个齿相咬合,容易造成些问题。”

接下来,李不伟又将《梦溪笔谈》中提到的内容,与范东来探讨了一番,当然这些都是李不伟早有准备的,讲起来自然顺畅流利,范东来听得更是对李不伟滔滔江水的佩服了。

其实,范东来的学识自然也算是宋朝中数一数二的了,如果李不伟与他讨论些九章算术上的知识,又或是做一些应用方面的计算,根本不是这位司天监的对手,更别说实际应用中的经验了。但李不伟此次前来早有准备,将自己的弱项全部避而不谈,而专门讲些范东来从未听过的学说,如此做法又如何能不得逞?李不伟虽然如愿以偿,心中对此也多少有些愧疚。

第二天晚上,周伍突然兴冲冲地跑回来告诉李不伟一件怪事,原来今天一早皇帝又接到一份奏折,上面先是大骂范东来等人鼠目寸光,不该做井底之蛙,固步自封,再后来又是对李不伟的学术大大是称赞了一番,请皇上全力支持李不伟的行动,而最为奇怪的是写这奏折的竟然是范东来本人。

李不伟听了起初觉得好笑,后来一想,范东来既然已认识到新技术的重要性,再加上他本身又是大宋学者中的领头人,以后如果要普及这些学术知识,还要请他多多帮忙的,毕竟自己目前尚不知道整个大宋的知识传播是如何进行的。再说了,这位范大人的学识可不能小瞧,倘若让他在后世学上几年,恐怕有十个李不伟也赶不上了。

(注:作者上大学时学的石油化工机械,因此文中所说的齿轮原理属实。不过肯定不是一天能给古人讲清楚的,更何况还有数学表示与坐标法。但为了情节,一天速成)<div>

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