摘要:

几千年前阿基米德曾经说过,只是给我一个支点,我可以通过杠杆[1]撬动地球,一个是手臂的力量,另一方面是地球的质量,地球的质量,与手臂的力量相差很大,在我们的生产机械和设备能够满足生产的需要,但是,为什么没有一个机械设备可以实现阿基米德用手臂的力量推动地球的质量?这不仅让人产生联想,也感到疑惑!是我们的技术水平是不够吗?或者我们做不出来这样的机械设备?都不是!是很多制造机械和设备的都是以轴传动方法,都没有实现阿基米德的科学想法。

关键词:  杠杆、机械、概念、思维方法,长臂、短臂。

几千年前阿基米德曾经说过,只是给我一个支点,我可以通过杠杆撬动地球,一个是手臂的力量,另一方面是地球的质量,地球的质量与手臂的力量相差很大,在我们的生产机械和设备能够满足生产的需要,但是,为什么没有一个机械设备可以实现阿基米德用手臂的力量推动地球的质量?这不仅让人产生联想,我们生产的机械设备中使用杠杆原理方法很多,但我们真正理解杠杆原理的真正含义和实质吗?没有，让我们重新了解杠杆原理。

古希腊科学家阿基米德曾经说过,只要给他一个支点,就可以撬起地球,此外,我国物理教科书八年级下册,一位老师利用杠杆原理,只有一个小弹簧计可以测量大象的质量[2],这是利用了杠杆原理实现的，用小的力实现做更大的力，比如我们用铁锹挖土，手臂用很小的力能挖出一大块土，火车采用蒸汽为动力能拖动数千吨的重物，这也实现了阿基米德用小得力采用杠杆实现做更大的功。

(图：采用压缩空气8公斤/厘米2的势能，推动转子外径上的气缸使转子旋转,通过杠杆原理传到轴上，F1XM1 = F2XM2产生几倍或几十倍的机械输出功。)

我们生产的各种机械设备如各种车床、镗床、铣床、磨床都是以轴为传动方式，轴安装上齿轮，主动力通过轴转到齿轮，产生输出，轴的直径小，齿轮的直径大，按照杠杆原理：F1XM1 = F2XM2公式计算，齿轮的输出功率必定小于作用在轴上的原动功率，特别有代表性的是汽车发动机，输出功率不到百分之五十，这都是以轴为传动方式决定的，在此基础上采用更先进的技术，更好的方法，只是实现更高的效率，不会发生实质性的技术突破，更不能实现阿基米德用手臂的力量实现撬动地球的方法，只局限在这个范围内，基础原理是杠杆理论决定的。

我们研制的这套机械设备系统，包括空气压缩机，进气管道，出气管道，空气作动力的原动机，空气作动力的原动机是由转子、定子、上下盖板组成，在转子的外径上有气缸，空气压缩机是由电动机带动，当电动机工作时带动压缩机制造压缩气体，压缩气体是一种势能，通过进气管道进入到空气作动力的原动机推动转子外径上的气缸使转子转动，当转子旋转到一定位置时，压缩气体从出气管道排出，这种压缩气体往复工作，一直推动转子转动，在转子外径上气缸有一定的面积和一定的体积，当气缸面积受压缩气体势能的作用产生一定的作功，这个功通过杠杆力传到轴上产生几倍或几十倍的输出功。为什么能实现输出功大于作用在气缸上势能功，采用的方法和现在的机械设备不一样，现代的机械设备都是以轴为传输的动力来源，经过轴上的齿轮向外传出的功率小，这是通过杠杆原理决定的，我们研制的这套机械系统正好于现代的机械设备传输系统相反，原动力推动转子外径使转子转动，这作用功通过杠杆力传到轴上，轴的直径小于转子的数倍或几十倍，所以产生的结果是输出功大于原动力的数倍或几十倍，是完全符合杠杆原理的基本定律，又遵守“能量守恒”定律。下面我们通过实例用科学理论计算，进一步分析：

一个机械系统,转子直径10m,质量为100吨、轴直径为0.5m,转子直径上气缸的面积是200cm2,转子转一圈需要消耗0.2512m3的压缩气体，转子外径上一共有10个气缸，根据国家标准气体压缩机制造8kg/cm2的压强需要使用6kw电力[4],转子转速为1000 转,求：轴能产生多少的输出功？

1、压缩气体势能推动转子外径上的气缸,产生多少的功？　　

200cm × 10 = 2000(cm2),

　　2000cm2 × 8kg/cm2 = 16000(kg),

　　计算转子和轴的外径直径比:

　　10m ÷ 0.5m= 20(倍),

　　轴的输出功率:

　　F1 × M1 = F2 × M2 [5]，

　　16000 × 10 = F2 × 0.5 ,

　　F2  = 16000 × 10/0.5 ,

　　F2 = 320000(kg)。

通过杠杆原理计算，转子轴的输出功要大于作用在转子外径气缸上的原动力的20倍。

　2、　转子一共有10个气缸旋转1圈时总共需要多少立方米的压缩气体?

　　0.2512 m3 × 10 = 2.512 m3 ,

3、转子转动1000转时需要多少立方米的压缩气体?

　　2.512 × 1000 = 2512(m3),

　4、　一个空气压缩机制造8kg ？ cm 2/1米3的压缩气体，需要消耗 6kw的电力,

　　2512× 6 = 15072 (kw)。

5、　问:转子的轴输出功率是多少?

下面我们用物理理论转动惯量、转矩等方法计算，求出转子的轴输出功率。

　a、转子加速转动输出的功率：　

P = T？ω[6]。

　　其中转矩为：T＝ I ？ε[7]。

　b、转动惯量是:

I = m × R2/2,

　　  I = 100000 x 22/2 ，

I = 400000/2

　　  I = 200000 (kg / m2)。

　c、角速度:

　　ω= 2πn / 60 [8],

　　ω= 2 x 3.14 x 1000/60

　　ω= 6280/60,

　　= 104.66 (rad / s),

　d、角加速度为:

ε＝ω２－ω１/t ， [9]

　　ε= (104.66 - 0)/ 30 = 3.488弧度/秒,

　　     T＝ I ？ε＝200000 × 3.488 ，

     T＝ 200000 x 9.8 x 3.488

　　 T＝  6.83648 * 106 (N, m)。

　e、转矩输出功率。

　　P = T x ω,[11]

　　P = 6.83648 * 106 * 104.66

　　= 715505996.8 (w)

　　P = 715505.99(kw)。

　f、用电机测试方法检测转子的输出功率,

　　P  = T × N/ 9550 [10],

　　P = 6.83648 x 106 x 1000/9550

　　P = 6.83648 x 109/9550

　　P = 715861.78(kw)。

经检测证明转矩输出功率是正确的。

下面我们用效率分析，转子的轴与带动压缩机的电动机消耗的功率，哪一个输出功率更大？

g、转子的轴在1000转时输出的功率是电动机消耗电功率的多少倍：

　1、η= P输出功率 ÷ 输入功率 [12],

　　 η=715505.99/15072 ，

　　 η= 47.4725。

715861.78/15072 = 47.4725(倍)。

通过以上物理理论计算,转子的轴输出功率要比带动空气压缩机的电动机消耗功率大出20倍和47倍，取得的20倍是作用在转子外径气缸上的力通过杠杆力原理传到轴上直接计算出来的，并没有牵涉到转子的转数等问题；47倍是转子的质量旋转1000转时，作用在转子外径气缸上的功通过杠杆力传到轴上，又通过转子的质量在1分钟旋转1000圈是产生的转矩，经过物理理论计算取得的结果。

如果转子的轴带动发电机发电，把发出的电功率一部分输送给带动空气压缩机的电动机，为电动机能提供满负荷的电源后，还有大部分剩余电力用于负载使用，这就实现了自循环发电，实现了不用燃烧任何燃料的发电系统，也就实现了阿基米德曾经说过：给我一个支点，我就可以撬动地球的伟大设想。如果这项技术能得到应用，将对能源行业产生巨大影响，彻底解决能源问题，是能源行业颠覆性技术创新，为能源行业找到一条再生之路，对科学的进步，社会的发展都产生巨大影响，人类靠这项技术将永远幸福生活在这个星球上。

参考数据:

　　[1],[5],[3]义务教育教科书八年级下册76页,第一节杆,人民教育出版社,ISBN: ISBN 978-7-10 7-25323-2。

　　[2]小学课本:自然,第四卷,页25、6个机械(1)人民教育出版社,ISBN: ISBN 7-107-00091-8 / g。148。

　　[4]国家压缩机行业标准:LBZ90A - LBZ450W模型。

　　[6],[7],[8],[9],[10],[11],[12]化学工业出版社,机械设计手册第五版,第一卷,第一个“总体设计数据”:ISBN 978-7-12 2-01410-8的数量。