Паровой двигатель и координаты точек

Я хочу нарисовать паровой двигатель. Зачем мне «точки» я пока не понимаю, а слова «координаты» не знаю.
Зато я знаю, что, если подуть в трубку с некой штуковиной внутри, её можно оттуда выдуть. Пушки так работают. Там правда не человек дует, а порох внутри взрывается, выделяя какой-то газ. В результате всего этого из пушки вылетает ядро.
Вот такая у меня заготовка:

Если я буду дуть в трубку с той стороны, с которой нарисована стрелка, квадратное ядро вылетит туда, где стрелки нет.
Но я не хочу пушку. Пушка у меня уже есть. Я хочу паровой двигатель, т.е нечто, которое будет вращать колесо.
Рисую колесо:

… и понимаю, что «ядро» у меня как-то должно быть связано с его ободом. А заодно не понимаю, с какой стати этому «ядру» возвращаться назад. Когда я на него подую, оно сдвинется вправо. А двигаться обратно влево ему не с чего даже если я перестану дуть. А вот если я поменяю картинку на такую:

… то если не дуть, это «ядро» должно сваливаться вниз под собственной тяжестью. Так даже лучше. Я же не дуть собираюсь, а пар использовать. А пар обычно поднимается вверх.  
У меня тут нарисовано, как нарисовано, но пора хоть как-то определиться с размерами. Ядро, точнее, поршень должен быть связан с ободом колеса. Нужен некий стержень. Верхнее и нижнее положение всего этого выглядит так:

Тут у меня уже появились точки (выделенные синим). И понимание слово «связь». Если поршень связан с ободом, то двигаться он по цилиндру вверх и вниз может на величину диаметра колеса. Ни в каком другом месте он в этой конструкции находиться не может.
Что-то мне говорит, что так работать не будет. Верх и низ помещаются, а вот в крайнем положении стержень может вылезти на пределы цилиндра. Проверяю:

Так и есть. В крайнем положении стержень чуть задевает за бортик. Значит точек здесь даже не две. Весь стрежень это сплошные точки. И как бы они ни двигались при работе, они все должны при движении не вылезать за цилиндр. Мне-то проще. А в AutoCAD-е развернула стержень на нужный угол и посмотрела, что происходит. А без AutoCAD-а уже пора вводить двухмерную систему координат X и Y и пытаться как-то придумать условие, при котором стержень не заденет это бортик.
Но я продолжу лениво пользоваться достижениями цивилизации и рисовать на глаз. К тому же, таким странным методом у меня почти получилось. Я просто срежу этот бортик на пару миллиметров.
Вот так у меня получилось:

Цилиндр чуть укоротился. Поршень тоже. Зато его крепёж к стержню перестал быть схематичным. Вроде ничего не за что не задевает.
А теперь неплохо бы придумать, как периодически переставать дуть. Забегая вперёд: придумаются все те же клапана впуска и выпуска газа, как и в двигателях внутреннего сгорания. А картинка позволяет определиться с тем, где они должны находиться. Т.е понятно, что впускной клапан должен быть ниже положения поршня в нижней точке (иначе он его просто перекрывать будет).
Рисую его:

И выпускной выше сразу нарисовала. Понятно, что в верхней точке дуть уже не надо. Поршню пора начинать сваливаться вниз под своей тяжестью и ничто не должно ему мешать. Пока поршень снизу, верхняя дырка для пара закрыта, а когда о переместится вверх, она откроется.
А чего потом? А потом снизу будет ослабленный поток воздуха борющейся с весом поршня. Кто из них пересилит – вопрос. А чтобы не думать про ответ, неплохо бы на это время падения поршня вниз вообще перекрывать приток пара или воздуха.
Рисую рядом вторю тонкую трубку:

.. в надежде заставить там двигаться что-то, на которое указывает синяя стрелка, и которое будет периодически перекрывать путь для входящего пара. Трубка тонкая, чтобы пар шёл в толстую (с меньшим сопротивлением), потому что иначе он будет толкать и эту черную точку.
Ещё одна точка в абстрактно геометрическом смысле слова. Она имеет координаты в каждый момент времени. Ещё у всех точек есть скорость и ускорение, но это сейчас не важно. Важно, что перекрывать вход для пара эта точка должна в тот момент, когда поршень падает вниз. Т.е её положение должно определяться положением точки обода колеса.
Придётся сделать эту трубку под углом и соорудить аналог… распределительного вала, открывающего и закрывающего клапана в нужные моменты. Вот так:

Понятно, что этот стержень надо цеплять к внутреннему колесику. Движение закрывающего клапан поршня и стержня будет такое же, как движение основного стержня. Непонятно только, хватит ли диаметра этого внутреннего колеса для закрывания входящей дырки. По рисунку хватает. Но чтобы ещё лучше стало, я изменю угол входящей трубки. То, что она вверх идёт это хорошо. А вот то, что она такая длинная это плохо. Как и у электрического проводника, сопротивление пропорционально длине.
Вначале чуть упорядочу картинку:

Чёрное это корпус, по которому гуляет пар. Синее это колесо. Красное это положение поршня сверху и соответствующей точки обода там же. Малинное – аналогично снизу. А вот в середине цилиндра (зелёное) поршень будет два раза (при движение вверх и при движении вниз). На ободе нарисована зелёная точка движения вниз (при движении колеса против часовой стрелки). Именно в этот момент надо перекрывать клапан, который впускает пар, потому что выпускной клапан уже перекрыл сам поршень.
И рисую закрывашку для входящей дырки, прицепленную к ближайшей точке обода меленького колеса:

Я сразу нарисовала закрывашку и для выпускного клапана. Она должна перекрывать выходную трубу когда поршень едет вверх. , Чтобы совсем как распределительный вал было (то один клапан открывается, то другой).
Вроде, должно работать. Но главное тут куча точек, со своими траекториями вызванными воздействиями и ограничениями. Например, вверх точка обода колеса едет потому, что её толкает стержень, связанный с поршнем. А влево, потому что колесо крутится, но остаётся целым. И двигаться этой точке обода больше некуда.