作者：楊之勇
機械化與自動化是大生產(chǎn)和社會發(fā)展的必然趨勢
機械化和自動化設計是機械工程設計的第一道工序。特別是創(chuàng)造構型設計是不可或缺的。機械工程設計包含：機械結構設計、機械系統(tǒng)設計、機構設計、機械裝置設計、機械項目設計、新產(chǎn)品設計、自動機與自動線、廣義機械（機構）設計、工藝過程設備設計、工藝設計、生產(chǎn)流程方案設計、機械創(chuàng)新設計、原創(chuàng)專利產(chǎn)品設計，邏輯機構設計，運動鏈化解分析，廣義機構設計與應用創(chuàng)新設計等。
要成為設計的行家里手，知識面要寬，思維方式要新進。光是個力學專家是不能奏效的，力學和機構學只是設計中的一個方面的知識和學問。要有合理配套的知識結構，致使一方面專家是不行的。要有全能科學技術的能力才適合搞好機械工程設計的。
機器與機構；機構與構件；機件與總成（機器、裝置）；機構單元與運動鏈；機構運動鏈與機構和結構，平面機構與空間機構；機械手；‘機械臂’；機器人、生產(chǎn)輸送線：連續(xù)輸送、步進輸送、差速輸送，剛性輸送與柔性輸送；伺服輸送，自動機與自動線；液壓與氣動等等。
概念理解和延伸
約束與運動是機械（機構）學的重要概念之一，約束是運動副間限制多余自由度，確保所需運動自由度的必要保障。沒有約束就沒唯一所要求設計的運動狀態(tài)。
約束可分為：全約束，半約束，時空約束，軟（彈性）約束，….。把約束這樣延伸，就有在機械創(chuàng)新設計設中翅膀展開，有了新的機械運動設計條件的展現(xiàn)。
在平面機構中一種運動副就是一種全約束，基本機構中其一兩桿一副的轉動機構，，其二為兩桿一副的移動機構，在某些資料中被稱為阿蘇爾桿組，都屬于全約束機構。其實除此之外延伸后可以根據(jù)功能需要設計出半約束轉動機構，轉到一定角度不能再轉被卡死（頂?。?，根據(jù)設計功能需要移動到移動位置后再轉動，即成為半約束復合機構。這里不談應用實例。
全約束? ?（無圖）? ? （一般常用約束）
半約束? ? （無圖）? ? （創(chuàng)新設計有時用）
時空約束? （無圖）? ? （創(chuàng)新設計有時用）
軟（彈性）約束，外加約束條件的二自由度機構，（無圖） （創(chuàng)新設計有時采用）
等等
兩桿一副的基本機構及其應用
兩桿一副機構是機構中最簡單的機構形式，能把簡單及機構認識和應用好就不簡單了，槍械特別是自動化連發(fā)槍械是兩桿一副機構的巧妙應用，是機械和熱能原理的結合產(chǎn)物。
基本機構看似簡單，能把簡單的東西運用好就不簡單。簡單的基本機構的組合與功能合作就會產(chǎn)生新的功能產(chǎn)品。這是分析與綜合的能力的體現(xiàn)，可用于槍炮技術，它的公共科技知識的范疇不是槍械原理是基本機構科技原理的具體應用?，F(xiàn)在有的人搞反了，這樣對科技創(chuàng)新發(fā)展發(fā)展不利。這里有特殊性與普遍性的關系問題。理論沒有特殊性，是具有普遍性的。只有上升為理性我們才能深刻的感覺到它，認識它。人們認識事物往往從具體的個別事物中開始認識，看到了規(guī)律性上升為普遍性的認識，所謂普遍性規(guī)律存在于特殊性之中，當人們掌握了這種普遍性的理論規(guī)律是可以運用于各種特殊性事物中。槍械在一般人看來很神秘，其實這是廣義機械機構知識的具體應用。是機械機構學與機械結構學。功能組合和功能元的效能結合，是機械學與熱力學（熱力爆發(fā)學）的結合與功能應用
掌握了基本機構兩桿一副轉動機構的特性和變通，在料道輸送環(huán)節(jié)就會設計出彈性活門，能解決料道輸送中物料被卡死問題。也可以去應變解決其它問題。這就體現(xiàn)了科技人員的能力性理論應用的能力性。
轉動副機構
兩轉動副構件通過移轉副的結合和合作生成新的機構運動功能體
構件：1機架,2連架桿，2.1曲柄，2.2滑塊，2.3搖桿，2.4搖塊，2.5滑塊，3連桿
3.1可變連桿。3.2組合變態(tài)連桿，3.3二元桿件3.4三元桿件3.5多元桿件….
可變連桿的應用
差動連桿機構
該差動連桿既是驅動組合件又是差動連桿件，這就是設計的變通性，不能看死，也不能死搬硬套，這里面有人的設計能力性和運用知識的靈活性的體現(xiàn)。兩氣缸差動：1同時進，2一進另退，3另進一退，產(chǎn)生不同的運動效果。
組合變態(tài)連桿的應用
本機構可用于翻斗車等翻轉創(chuàng)新設計，可根據(jù)功能需要設計組合變態(tài)連桿的結構形式，可以起到節(jié)能高效的作用。
機械設計制造及自動化從基本理論的學習和掌握入手
機械工程是國家國民經(jīng)濟裝備庫，機械技術鍵是基礎知識和理論，和設計者的能力和變通的綜合體現(xiàn)，不在于頂層設計問題，是設計者機械基礎理論掌握厚重和應用變通能力高低問題，否則機械難以擔負起機械工程是國家國民經(jīng)濟裝備庫的稱謂。
我們有些設備在機械工程中能用，有的使不住，…問題多，時有故障，問題在哪里？筆者認為是在設計上。目前僅我知道的機械設計禁忌，就有500例，何止500例，實際更多，軸承配置定位有問題，對熱變形沒有開路自適應結構保護，這是邏輯思維問題，我過去給某企業(yè)設計研究所校核圖紙發(fā)現(xiàn)違反禁忌的很多，需要在校核中指出改正。在去某設計院聯(lián)系項目設計時，一眼看到他的圖紙軸承定位有問題，和課題主任說了，課題主任說不能有問題，我們有各級技術部門主任把關，有專業(yè)校審人員校核，能有問題嗎？我指出了問題的實質是“鐵磨鐵”，也就是軸承運轉不是內(nèi)外套滾動體的及潤滑液件的摩擦，點到了問題實質，該課題主任說你是哪個學校畢業(yè)的？看技術問題咋這樣敏感？我告訴他學習掌握東西要掌握本質不要死搬手冊等標準。只有理解了東西才能深刻感覺它。目前我們的大學機械設計和液壓設計禁忌可能很多沒人研究掌握。
除此之外密封形式結構和位置選定，軸承，組合、配置、定位方式、各種用場主軸軸承配置是不一樣的，這里體現(xiàn)一個道理：形式與內(nèi)容，內(nèi)容與功能，功能的相容與干涉，不同級別，不同形式（比如機械中的滑動與滾動）不能混配。這些原則當然也適合其它方面，公差配合、形位公差與尺寸公差關聯(lián)問題、間隙選定、工藝基準與設計基準同一問題、止口設置、等都有科學理論知識存在。過去有個發(fā)動機教授把曲軸小頭連桿軸套只按靜配合壓配處理，結果經(jīng)常出現(xiàn)抱軸，滑出等故障問題，實際這是機械結構理論知之太少，是沒有更好的機件結構理論智慧升華問題。
過去我無錫給臺商企業(yè)搞自動化設計時，他們的一套模具工裝是委托國外i出名企業(yè)企業(yè)給設計制造的，其中就曾違反了模具工裝兩導向桿的導向中心距與導向有效長度的制約理論（摩擦與運行、卡頓、自鎖）理論計算，這方面目前書沒有公式，本人原想推導公式出公式發(fā)表供設計者設計參考，但始終未來得及完成。外國人也只好來現(xiàn)場修改設計。所以設計脫離理性規(guī)律問題不但我們有，國外也不少，應該靠理論指導設計實踐，否則是盲目的行動，必遭到反科學規(guī)律的報應，另外有的機構結構有問題存在兩個自由度傾向存在，或液壓同步回路設計有問題，不先進，致使運動卡頓，….。所以不重視基礎理論掌握是不行的。沒有理論指導的行動是不行的。方向不對努力白費，制造再精確，表面質量再美觀也是沒用的。
機械工程設計包括機械機構設計，廣義機構設計，機械結構設計，可靠性設計，熱加工自動化設計，機械系統(tǒng)設計等是一套互相關聯(lián)互相制約的系統(tǒng)科學理論問題。
能看到差距是進步的開始
我們的振動機械也有問題，不先進，設計理論欠缺，性能也存在問題。記得75年在哈市我曾隨工廠技術攻關隊參觀考察蘇聯(lián)進口的某工藝過程自動機，工件用料在振動驅動下從料道自動計入中（高）頻加熱系統(tǒng)，自動進入滾軋機，由振動驅動計入淬火區(qū)，自動檢測，無人操作，工作在進行，無有任何機械聲響和噪音，我很羨慕，隨手摸一下機體外框，便發(fā)出劇烈響聲，看護人員對我們說你們只能看，不能摸，這是一臺由振動驅動輸送設備，手一摸改變了設備的固有頻率，就破壞了諧振條件。這是我記憶最深的一段回憶。到目前為止，在我看見的國內(nèi)振動機沒有不發(fā)出很大響聲和噪音的，根本沒有像以前蘇聯(lián)進口我國的設備那樣設計理論化和應用恰到好處的工藝設備。
這就說明了我們的科技理論和應用水平還需繼續(xù)努力，要從基礎做起，打好基礎，我們的液壓氣動元件及控制元件，高精度減速機、伺服電機、及伺服控制元件和國外一些發(fā)達國家還有一些差距，市場占有率不高，特別是液壓氣動元件小一點規(guī)格沒有標準，這樣制造廠家無法制造和被驗收。這是政府主管部門標準計量的工作沒跟上來。這些基礎的東西就是工業(yè)基礎，特別是人的能力性問題，有了博士，能搞創(chuàng)新設計道可以，可是技師、大國工匠、技工、沒有，有了設計圖紙，制造、安裝、調(diào)試上不去也是問題，另外技術技巧、操作經(jīng)驗也有個傳幫帶問題。只看GDP指標是不行的。
改放使人們擴大了視野促進了創(chuàng)新設計思維的開展
改開后我們看到了一些進口設備，外形外觀，用材、顏色都是和我們原來不一樣，當初我們是大槽鋼大角鋼，外形不講究，當初我們有些功能原理設計不講究，不少人思維死板教條，普通皮帶輸送機只知道上下必須用托輥，國外就有輕型輸送機（定量包裝場合），皮帶從上到下都用托板，而效果也不錯，運行平穩(wěn)。見到國外發(fā)動機掛小拉簧的用開口銷，以前按一些守舊觀念講掛拉簧的要用帶孔銷軸，這本是按標準還是按功能原理設計問題。以前我們不知道還有自動定量包裝機，見到國外進口定量包裝機，采用稱重傳感器和電控儀表，給料用串聯(lián)組合氣缸實現(xiàn)差動，進行分級給料，這些原理知道了擴大了視野，看到國外進口的焊接機器人，焊接操作機，焊接操作機才知道我國焊接輔機太薄弱，那是只有“一重”有這種設備，是蘇聯(lián)援助的。技術人員下海外出打工，見到了各種輸送機，步進輸送‘差動輸送，連續(xù)輸送，懸掛鏈輸送機，地面鏈輸送機，地下鏈輸送機，…，信息很重要，看到實物，知道原理，設計就不難了，剛到南方打工，軌道車換軌設計就給我，懸掛輸送機自動道岔設計’沒有資料，知道要求后不也一樣設計的很好嘛。見到國外人管理是A管理模式，逐級管理，各負其責，不吃請，不招待客人吃飯，設計方案要通過計劃安排出批準方可實施。臺資企業(yè)的運作要由臺灣總部核實計劃安排批準。他們只提要求，不管技術具體方案。感到我們的企業(yè)管理人員不會有預案、有要求，不會從系統(tǒng)著眼，像部隊指揮打仗一樣實現(xiàn)系統(tǒng)領導力。決策實施力的實現(xiàn)。
不要忽略企業(yè)科技人員的機械設計創(chuàng)造能力
企業(yè)科技人員，特別是企業(yè)機械設計人員，在工作中環(huán)境上，直接和實際問題接觸，持有大生產(chǎn)問題的壓力和解決問題的急需，自然對機械設計制造及自動化設計起到推動作用，設計、工藝、制造、檢測、裝配、試車調(diào)試等過程一桿子插到底，這是企業(yè)科技人員的設計環(huán)境環(huán)境的優(yōu)勢，是時勢造英雄的必然。如果在企業(yè)真心實意工作一段時間勝讀十年書。在中國是這樣，在國外也是如此。
（瑞典工程師，發(fā)明家）拉瓦爾
拉瓦爾（Laval，Carl Gustaf Patrik de，1845～1913），瑞典工程師。單級沖擊式汽輪機發(fā)明者。1845年5月9日出生在瑞典一個法國移民家庭，卒于1913年2月2日。拉瓦爾曾就讀于斯德哥爾摩工業(yè)大學和烏普薩拉大學。1882年發(fā)明了單級沖動式汽輪機。1889年取得了膨脹式噴管的英國專利。他對噴管形狀的研究、噴嘴的設計和強度設計等方面作出了貢獻。拉瓦爾還于1879年發(fā)明處理牛奶用的高速奶油離心分離機，1913年又發(fā)明真空擠奶機。他的各種發(fā)明的詳細記錄保存在斯德哥爾摩技術博物館內(nèi)。
“拉瓦爾噴管是火箭發(fā)動機和航空發(fā)動機最常用的構件,由兩個錐形管構成,其中一個為收縮管,另一個為擴張管。 拉瓦爾噴管是推力室的重要組成部分。噴管的前半部是由大變小向中間收縮至一個窄喉。窄喉之后又由小變大向外擴張至箭底。箭體中的氣體受高壓流入噴嘴的前半部,穿過窄喉后由后半部逸出.工作原理..”
分析一下拉瓦爾噴管的原理。火箭發(fā)動機中的燃氣流在燃燒室壓力作用下，經(jīng)過噴管向后運動，進入噴管的
拉瓦爾噴管結構示意圖及流體增速原理圖
A1。在這一階段，燃氣運動遵循"流體在管中運動時，截面小處流速大，截面大處流速小"的原理，因此氣流不斷加速。當?shù)竭_窄喉時，流速已經(jīng)超過了音速。而跨音速的流體在運動時卻不再遵循"截面小處流速大，截面大處流速小"的原理，而是恰恰相反，截面越大，流速越快。在A2，燃氣流的速度被進一步加速，為2-3公里/秒，相當于音速的7-8倍，這樣就產(chǎn)生了巨大的推力。拉瓦爾噴管實際上起到了一個"流速增大器"的作用。其實，不僅僅是火箭發(fā)動機，導彈的噴管也是這樣的喇叭形狀的，所以拉瓦爾噴管在武器上有著非常廣泛的應用。?
功能
作為推力室的一種重要組成部分，拉瓦爾噴管性能的好壞能夠對裝置的整體性能產(chǎn)生重大的影響。在火箭發(fā)動機中，其主要功能有兩個:一是通過控制噴管喉部的面積實現(xiàn)對燃氣流量的控制，確保燃氣室內(nèi)的燃氣壓強維持
在預定的壓強;二是通過拉瓦爾噴管先收斂后擴張的幾何結構使管內(nèi)燃氣流速發(fā)生從亞音速到聲速的增加，高速燃氣的噴出產(chǎn)生推力。而在導彈發(fā)動機中，通過拉瓦爾噴管能夠實現(xiàn)推力大小和方向的調(diào)節(jié)與控制。拉瓦爾噴管中最為重要的結構，其尺寸對噴管性能影響較大。
說到科學技術一般先想到專家教授，其實別忘了還有企業(yè)廣大的科技人員（工程師、高級工程師…）， 由此可見企業(yè)工程師的作用不可低估和輕視。
中國科技人員能力并不差
在外用機械設計技術打工時接觸不少外資企業(yè)，按廣義機械設原理是跨專業(yè)、跨行業(yè)設計，給意大利在上海某公司設計的環(huán)保設備，在蘇州的日本某公司設計自動裝配工裝，給在合肥日本某公司設計的機器人清理設備方案，某外國公司的的技術協(xié)議中參數(shù)和某些要求有問題，我當面提出，能誠懇接受，修改技術協(xié)議，是很可敬配的行為，也說明中國人不比外國人差，在參與某次國際招標研討會上外國人通過翻譯按我的技術設計思路由外國人用外語去講在翻譯成漢語。特別是經(jīng)歷在外用設計技術打工的工程師，是環(huán)境壓力和自身壓力出功能，不同于教師，鐵飯碗，那真是泥飯碗，開幕繪圖設計軟件給一周熟悉時間，一周開始能用電腦該軟件設計出當用創(chuàng)新設計圖來，留用，否則人事本門通知離職。是壓力不是利益驅動力。給國外在華公司搞自動化設計，沒有參考實物，也沒有樣品，只有技術協(xié)議和技術要求，本人本是70年畢業(yè)的本科生，經(jīng)多年社會實踐和在校學得知識的結合，以及觸類旁通的感悟，曾為某汽車制造大公司設計出機械手操作的從進料加工檢測全自動生產(chǎn)線，當考察我們設計使用的多工位伺服控制氣動夾緊機械手生產(chǎn)線后驚嘆，真了不起，我公司海歸博士那么多，機械手自己都不敢自己設計都是引進國外的。只要安排使用合理，中國科技人員能力并不差。
科學技術發(fā)展目標
發(fā)展是個漸進過程，是不斷革命論和革命發(fā)展階段論的拼搏過程，主要解決國內(nèi)短板，缺項、急需問題，我見過很多極端條件下（高熱、重體力、環(huán)境惡劣）石油礦場，鑄造混砂、礦山采礦，重型裝配機器人（如三一重工重型機械裝配）等國家急需的要有計劃的搞出來排在首位，至于無人駕駛技術可往后安排?？茖W技術發(fā)展：要筑基礎、補短板、強弱項。聚力解決發(fā)展中的主要矛盾。
善于抓主要矛盾既是思維方式也應該是工作方法！
