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　　天博官网入口我们知道，机构和机器通称为机械，就是说，机械包括机构和机器两大部分。我们发现，机械原理教科书，的名字是否合理，因为这样指称习惯了，也无大碍。我们要提出的问题是如何将机器方面的内容纳入到现在的机械原理

　　要把有关涉及机器的特殊的内容顺理成章的融入到机构学的理论框架中，形成一个统一的整体，这是有难度的。本来机械原理的底层逻辑架构就比较松散，那么再把这个机器的内容，含有机构学中没有的有关化学反应等的一些东西，融合到机构学里边，形成一个统一的理论体系，确确实实是一个需要认真思考的问题。

　　首先要搞清楚机器是什么？机器与机构的区别在哪儿？机器定义1：机器是一种由人为物体组成的具有确定机械运动的装置，它用来完成一定的工作过程，以代替人类的体力劳动和脑力劳动。

　　上述定义中，并未对部件的性能特征或能量的表证方法做任何限制。因此，机器的范畴非常广泛。这为机构与机器的统一带来困难。

　　3、能够用来转换能量，完成有用功或处理信息。所以，机器有各种机构组成的能实现预期机械运动，可完成有用机械功，转换机械能或处理信息的机构系统。而机构具有第一和第二两个特征。机构，是实现预期的机械运动的实物组合体。机器与机构之间的主要差别在于机构中没有能量的转换和信息的传递。

　　机器与机构比较，机器需要完成的任务，包括，能量转换，信息测量、传递，控制等，每一项任务都需要有特定结构的部件。特别是信息机器，有更多的特殊性。

　　根据工作类型的不同，机器一般可以分为动力机器、工作机器和信息机器三类。动力机器的功用是将任何一种能量转换成机械能，或者将机械能转换成其他形式的能量。例如，内燃机、压气机、涡轮机、电动机、发电机等都属于动力机器。工作机器的功用是完成有用的机械功或搬运物品。例如，金属切削机床、轧钢机、织布机、包装机、汽车、机车、飞机、起重机、输送机等都属于工作机器。信息机器的功用是完成信息的传递和转换。例如，复印机、打印机、绘图机传真机、照相机等都属于信息机器。如何统一？如何建立联系？本文试图解决这个问题，至少部分解决这个问题。

　　依据难易程度，将机构与机器的统一工作，分为三步。第一步，统一热机以及与机械能有关的能量转换机器，主要涉及动力机器和大部分工作机器。第二步，统一机构与信息机器，主要涉及信息传递与转换的机器。第三步，统一特殊机器。

　　第一步工作，以热机为例。只研究动力机器中的热机，试图把热机与机构统一起来。暂不涉及信息处理机器。

　　化学能的转换，除产生新的物质外，还伴随有光能、热能和宏观动能的产生。我们只研究化学能转换为燃气气流宏观定向运动动能的情况。不研究光和热能的直接应用，也不研究新物质的产生。化学内能转换为热能，涉及燃料和装置。以下的研究，热能的产生，燃料主要用燃油，有时涉及火药等固体燃料，包括火药。不研究煤的燃烧。不研究太阳能制热，电制热等。对装置也做一些简化。

　　燃烧分为问断燃烧和连续燃烧。不论是间断燃烧还是连续燃烧，其变化过程，都可以分为四个层次研究。

　　从化学内能转换为光能或热能是第一层次，转换为热能后，进一步转换为流体的宏观运动动能，这是第二层次。进一步的，流体宏观动能转换为刚体转动动能，这是第三层次。进一步的，又由固体螺旋桨或风扇转换为流体动能。这是第四层次。其中第一层次是一个能量增加的过程，第二层是热能转化为机械能的过程，这是是两个个关键步骤。完成第一个过程的装置统称为燃气发生器。第二的过程是一个能量转换过程。

　　（三）思路和目的研究的思路是，把实现化学内能转换的装置，即燃气发生器，和燃气与流体动能的转换，与机构的某一个层次的部件或几个层次的部件对应起来。机构与机器各个组成要素之间建立某种结构层次对应关系，形成逻辑联系。具体说来，就是找到燃气发生器与实体运动副之间的共同之处，如结构或功能的一致性，逻辑上的相似性等。

　　达到的目的是，引入新构件，以基本运动副为基础，扩展其结构和功能，用于机器。基本实体运动副由消极副，升级为主动实体运动副，完成机构向机器的基础性转变，完成机构的华丽转身。

　　将机器归入到机构里面。要做两件事情。一个把化学能转化成机械能，这样一个过程作为一个机构运动的一个特殊过程。前面，我们说气体，可以作为构件，通常可以作为一个伴生的构件，就需要有固体构件共同来完成其功能的一个病毒性的构件。

　　其中涉及的气体，有其特殊性。有空气，有雾状燃料液体颗粒与气体的混合物，和燃烧后现场的高温燃气。在火箭中还有固体燃料或液体燃料及燃烧转换生成的燃气。而且它们的产生过程中间存在剧烈的化学反应。

　　在燃料发生化学变化的时候，有两种情况，一个是，两种气体混合，燃烧。气体那在瞬间产生热量，气体的内能急剧增加，化学能转化为的内能，发生一个突变。我们首先还是承认它还是气体，只不过是一种特殊气体。还有一种情况是固态燃烧气化，固体火药燃烧，而且这个气化是剧烈的，就是固态燃料。例如火药燃烧，由固态直接形成气体，那么这样的我们也认为，它属于一个气体构件。构件一个由固体转化来的气体构件，先是隐含的隐藏呢后来和显现出特性那么这样，就从构件层面，我们把燃烧的过程就统一到构件当中了。（二）含能构件的灭失和新物质的产生

　　机器专用的一些部件还有一个特点，就是在使用过程当中，存在突然消失的现象，还伴有一些新物质产生的现象。例如，火药作为一个固体构件，使用当中的他有可能会慢慢地，或突然消失。并伴随着新新物质的产生。

　　但是，消失的物质，对能量转换不产生实质性影响。新生的物质他们都具有其固有的构件的特性，具有构件必有的特性，仍然符合构件的定义要求。伴随的声音，我们可以忽略。伴随光的产生，我们也可以忽略。这些对能量转换不产生实质性影响。分析表明，不论哪种气体，都保持有气体的抗压特性，都具有热胀冷缩的特性，都具有与气体固体构件组合形成复合流体构件的能力，这为热机的能量转换提供了物理学基础。实践表明，这些变化，包括新的燃气的产生和某些物质的灭失，对我们的研究，对运动的影响，对下一步能量的转换，不会产生实质性的影响。

　　所以，这几个特殊气体可以作为构件。所以，新的燃气物质，我们均作为普通构件处理。对灭失的构件，在进行能量的转换分析中，忽略它的影响。认可燃气的产生与存在，认可火药在工作过程中的转换与消失，是从机构走向机器必须认可的事实。原机械原理理论中，如果一个构件突然消失了，一个新构件又嘭的一声冒出来，那是不可想象的。在机器中，则是可以接受的，必须接受的。

　　在传统机械原理中，有原动件（主动件）和从动件的概念。原动件是提供动力的构件，是具有独立运动的构件。从动件是依靠构件驱动的构件。新逻辑架构，引入主动实体运动副和消极实体运动副的概念。

　　在前面的博文中，我们分析了以流体作为构件的例子。还给出了实体运动副的定义。实体运动副由两组构件和一个耦合子构成的整体。其基本功能是限制两个构件之间的相对运动的自由度，有时还会限制移动范围。基本实体运动副有移动副，转动副，圆柱副等。按照空间维度，移动副分为一维二维三维。有一些三维移动副称为容积型移动副，其耦合子具有一个可变换的封闭或半封闭空间。

　　主动实体运动副副的概念：一个实体运动副，在运动过程当中，如果不消耗能量，对外也不输出能量，一直运动，那么这个实体运动副就是自平衡实体运动副。这是一种理想的情况。如果运动过程消耗能量了，一会儿就停了。那么这是一个消极实体运动副。如果在工作过程中，这个实体运动副可以对外输出能量，输出机械能，那么这个实体运动副是主动实体运动副，简称主动副。主动实体运动副与主动件在机械中的作用是相似的。在新逻辑架构中，主动实体运动副的概念可以取代原动件（或主动件）的概念。

　　2、热机中主动实体运动副的结构特征在分析了各种热机的具体结构后，我们发现。热机最核心部件是一个气体作为运动子的运动副。而化学能转变热能只是其中的一个产生热的部件。热能能转换成机械能是至关重要的一步。分析表明，热机中，首先，主动实体运动副是一个扩展的容积型实体运动副。其特殊性（特点）在于，耦合子增加了一个力关联元素：燃气。燃气作为耦合子的关联元素，连接两个构件（连接耦合子的两个连接子），形成力关联。这样主动实体运动副的耦合子就有两个关联元素。一个是自由度关联元素，一个是力关联连元素。涉及工程应用中，还有第二个特点，就是气体或燃气与部分刚体组合也可以构成运动子。增加了力关联元素的实体运动副是一个主动实体运动副，简称主动副。这个主动实体运动副主要包括三种。一个是平移类容积型移动副，一个是转动类容积型运动副，还有一个是圆柱副类。他们共同的特点就是有宏观的定向的气体流动，气体作为传递能量的媒介。平移类沿直线方向运动，转动类是沿切线方向运动，圆柱类的两个两个运动方向。还有刚体动能和气体动能混合输出的实体运动副。

　　平移类容积型移动副可以产生推力，也可以称之为推力发生器。其功能不仅仅局限于推力，还有力延伸出来的功能，如切割，混合，分离，毁伤等等。转动类容积型运动副可以产生力矩或力偶，也可以称之为力偶发生器。同样，可以延伸出来功能。以气体或燃气运动子作为输出的运动副可以衍生出几个以刚体运动动能作为输出的运动副，也有三种。直线刚体动能输出，刚体转动动能输出，平移和转动动能联合输出。

　　一般说来，机构中是不支持主动副的。机构在结构上，没有完成机器功能的基本条件。新的气体构件的引入，和作为关联元素的应用，以及主动实体运动副概念的引入，为从被动运动副走向主动实体运动副奠定了基础。

　　下边分析几个典型例子，分析几个以气体运动运动于作为输出的实体运动副，和几个以刚体运动子作为输出的主动副。这一部分是实体基本运动副的扩展，向热机领域的扩展。以下所说的气体运动子，主要包括燃气和蒸汽运动子，既高能运动子。

　　组成：一个直管（定子），有燃烧室，点火装置，内有火药。有点火器，这个运动子（图1中虚线长方形）是流体构成的，移动子是管型构件与燃气配合构成的柱体。结构：一个直管，一端封闭，一端开放。封闭端有燃烧室，点火装置，内有火药。有点火器，火药引燃后，气体膨胀，燃气沿直管定向运动。燃气柱形成运动子。这个运动子（图中虚线长方形）是流体构成的，是可变的。这是一个流体或固体燃料换能副。左端是能量入口，可以伴随物质进入，也可以仅热量传导。排气孔可以没有（不是必须的）。工作过程：这个特殊的移动副，封闭端配置进气装置、喷油装置和点火装置，就形成一个燃料换能副。它可以完成一个典型的换能过程。由于选定的输出是定向流体宏观运动动能（推力）。所以称为流体移动副。这是一个一次性使用移动副。装填一次，点火一次，工作一次。每次的运动子都是不同的。与早期的火枪类似。如果连续供药，则可以连续工作，不断喷射燃气流。这一类实体运动副可以运用到加力燃烧室，，射钉枪，火焰喷射器等。其功能是化学能转化为热能，热能又转化为燃气定向宏观运动动能。

　　按照新的逻辑架构，穿天猴是一个基本容积型实体移动副的变异，其气体运动子代替固体运动子。窜天猴使用固体燃料。

　　组成；参见图2，图3.构件A，构件B和耦合子。构件A、构件B是一个单向纸筒，为燃气流提供单向流动通道。耦合子是纸筒和火药。运动子是隐性的，储存状态下，运动子构件是隐藏的。运动子由点燃后的燃气构成。穿天猴是一个一次性主动副。其功能是产生推力，把自身推向空中。其结构是，在木杆的一头粘上火药筒，使用时，木杆垂直于地面，火药筒位于杆的上部，火药桶开口向下，点燃引信后，火药燃烧，经过构件B引导向下喷出高温高压气体，产生推力，把自己推升到空中。窜天猴是火箭的雏形。

　　模型：基本组成包括三个部分。定子，耦合子，运动子。包裹火药的筒子是定子，火药及其连接的筒子表面是耦合子。运动子是流体构件，是隐藏的。点燃后形成的燃气是运动子，流体运动子有一个确定的方向。直接应用的是定向流体宏观动能，故称为实体移动副。目前看，升空后爆炸的炮仗不是一个运动副。从穿天猴这个实例看，实体运动副有三种状态：存储状态和工作状态和工作后状态。工作状态有三种，一种是运动副的工作过程就是它的工作状态，一种是运动副的某种稳定状态是它的工作状态，还有，包括以上两种情况。穿天猴的存储状态与工作状态有差别。存储状态，作为运动副，其运动子是隐藏的。是在关联元素中的。运动子是在燃烧过程中形成的燃气，只是在工作状态下存在。运动子是燃气构成的流体构件。工作后的窜天猴，只剩下定子。由于使用固体燃料，燃烧不需要氧气，一次性发射，所以没有进气口。只有排气口，只有点火器。火药需要外界的第一推动：点火。穿天猴的输出是燃气流体的宏观动能。

　　力偶发生器以容积型基本实体转动副为基础，气体运动子同固体运动子共同组成运动子，增加力关联元素，变为一个产生力矩或力偶的实体运动副。

　　基本组成；构件A，构件B和转动耦合子。构件A是固定子，构件B是转动子。转动耦合子由连接子和关联元素构成。关联元素有两个。一个是自由度关联元素，一个是燃气构成的力偶关联元素。气体运动子的出口流动方向，即力作用线与基本实体转动副轴线异面垂直。对转动副轴线现场一个力矩。燃气推动两个构件相互转动。其功能是产生力偶，使自身转动。力偶发生器是一个一次性主动实体运动副。

　　力偶发生器的气流来源，可以是火药爆燃，混合气燃烧，或从外部引入等。其功能，包括力偶的产生，或有雾化功能，冲击功能，切割等功能。例如旋流器，有离心雾化能力。

　　图4、图5是一个转碟烟花及其结构示意图。烟花燃气流出口，与转动轴线异面垂直。气流喷出是对转动副轴线中部图转盘是由四个翼型构成。转动时可产生升力。图4、图5就是力偶发生器。

　　固体运动子构成的主动实体运动副可以由基本实体运动副扩张得到，即增加一个力关联元素，被动副变为主动副。固体运动子构成的主动实体运动副也可以由气体运动子构成的主动实体运动副变异得到，即把气体运动子变为刚体运动子。即完成化学能﹣热能﹣燃气宏观定向流动动能-﹣刚体运动动能转换的实体运动副器。

　　刚体运动子主动实体运动副有三种，实体移动副型，实体转动副型，实体圆柱副型。化学能转换为直线刚体运动动能的实例，包括，活塞发动机，燃气涡轮发动机（自由涡轮），汪克尔发动机，涡轮轴发动机等等。和活塞燃烧室是直线主动实体运动副（一次性主动副）。涡轮和汪克尔发动机是主动实体转动副。1、主动实体移动副之

　　是什么？在机构学中处于什么地位？是一个构件还是一个机构？传统机构学语境下的，是这样解读的。

　　（参见图6图7），通常都是由弹丸，药筒（弹壳），发射药和火帽（底火）四个部分构成的。底火是由：传火孔、发火砧及击发剂组成。其作用是击发时产生火焰，迅速而确实的点燃发射药。药筒用来连接弹丸和保护发射药及密闭火药气体，而发射药是通过燃烧赋丸较高初速，火帽用来击发。弹丸具有移动质量，用来依靠快速飞行的动能侵彻目标。

　　当发射时，撞针激发底火。底火迅速燃烧引燃药筒（弹壳）内的发射药，发射药产生瞬燃，同时产生高温和高压，将弹丸（头）从药筒内挤出，这时的弹丸在发射药产生的高压的推动下，克服单体与弹壳之间的预紧力，向前高速移动。受到膛线的挤压，产生旋转，最终被推出弹膛。

　　所以传统理论认为，是一个构件组合体。在新的逻辑架构下，结合的结构和工作过程，在机构学中，可以做出新的解读。

　　（图6、图7）是一个主动实体运动副，是一个容积型实体移动副，没有运动范围限制的移动副。由壳体（定子构件），弹头（运动子）和耦合子组成。壳是一个构件，头是另一个构件。壳与头的连接处是自由度耦合子，火药及火药与壳内壁和头的底部是另一个耦合子：力关联耦合子。火药是含能构件，是新关联元素。头与壳的连接看上去是固定配合连接，实际上，是一个过渡配合。是可移动连接。因为二者连接的力相对于火药爆炸产生的力，是很小的。通常要借助于枪完成发射，实现的功能。枪管是耦合子的加长和延伸。枪管内的，仍然是圆柱副的一部分（移动子）。在枪管内的运动，仍然是在耦合子约束下的运动。枪有两个功能，一个是完成的击发（包括连续击发），二是在枪膛增加的方向稳定性和有效射程，提高命中率。有膛线的枪管作为耦合子的内壁，获得转动运动，枪中的弹头转动。在枪管中，头由一个自由度变为两个自由度，由移动副变为圆柱副。所以，是一个实体移动副，能量转换实体移动副，一次性主动副。发射后经过枪管（有膛线），变为一个实体圆柱副，是一个主动圆柱副。

　　我们认为，头在离开枪管后的一段距离，在许可的误差范围内，仍然是实体运动副的一部分。因为它仍然在藕合子给出的运动轨迹上运动。仍然执行实体运动副的基本功能。关于头与壳的连接，做一个说明。头与壳的连接，是比较牢固的。说连接是一个可动连接，或动配合，似乎有些牵强。实际上，所有移动副，耦合子都有摩擦力。即使是静压支承油缸的耦合子，也需要有一个驱动力，驱动力虽然小，但必须有。有，才能使它运动。有些移动副有比较大的预紧力，例如拉铆钉。连接力虽然比较大，但是与驱动运动子的力比较，又是很小的。2、流体燃料驱动的实体移动副（主动副）

　　图8固体移动子实体移动副1构件A,2耦合子，3构件B,4壳体，5燃烧室，6进气口，7排气口，8燃料进口这是一个由缸筒和活塞构成的移动副（图8），缸筒一端封闭一端开放，封闭的一侧的缸筒，连接一个喷油嘴，一个进气管，一个点火器，当活塞处于较左侧时，缸筒左侧空间供气喷油形成油气混合气，此时，点火器点火，混合气燃烧，化学能转换为热能，燃气膨胀，活塞快速右移，热能转换为个体移动动能。这是一个换能副的一次工作。缸筒呈圆筒形，内表面非常光滑，近似镜面。气缸内的混合气体燃烧膨胀时，产生很高的压力，作用在活塞顶上，推动活塞左右运动。3、走马灯（图9、图10），气体运动子实体转动副

　　走马灯是一种可以展示动态画面的灯笼，是很多中国传统工艺中的一种。走马灯是一个主动实体转动副。

　　图9走马灯简图图10走马灯叶轮示意图1构件A，3转动耦合子。2构件B，4壳体，5燃烧室，6进气口，7燃气出口，8旋流器

　　走马灯主要由两个环形框和一个蜡烛组成。由两个环形框一个较大一个较小，其轴线垂直于地面，两个环形框通过一个转动副连接，转动副轴线与环形框轴线重合。内侧环形框的上部有叶轮。空气通过叶轮时，内侧环形框会转动。

　　外框挂在高处。蜡烛安装在环形框下部中心。环形框下部是进气道，上部是出气口。走马灯内侧的环形框侧面上面一般都会有很多的剪纸。当我们点亮了蜡烛，热空气上升，热空气推动叶轮转动，内环转动，就能看到一幅幅的运动的画面。在传统节日，用来帮助烘托气氛。在没有电视电影的古代是比较生动形象的。走马灯是涡轮机构的雏形。

　　图11是走马灯的结构模型。左侧是进气口，输出钢体转动和气体旋转运动，燃气定向直线流动。左侧还有燃料入口和点火器。右侧是一个涡轮转子和排气管。中部是燃烧室（包括火焰稳定器）。输入是燃油和空气，输出刚体旋转运动，和燃气气流的直线和旋转运动。直线和旋转运动的方向是稳定的。

　　还有一种情况是，燃烧与热膨胀的过程是分开的。例如各种外燃机，所说的实体移动副当中的热量，不是直接在实体移动副的腔体内产生的，是通过传导，或者是，蒸汽的流动传递过来的，那么它的进气口出气口就被这个热传导所取代，或者被这个蒸汽的气流通道所取代。但是本质上都一样，都是热能进入实体移动副。这些移动副的本质特点就是借助了热胀冷缩的特性和可压缩的特性，把内能转换为宏观运动动能。

　　（一）构件，各种含能构件，高能构件，都具有自身特有的物理和化学等特性，这些特性都可以满足人们的客观或者主观需求。每个构件，不论是流体构件，还是固体构件或者是混合构件，都具有某种连接功能，都具有与其他部件组合形成复杂系统的能力。这些构件是构成机器的基本结构和功能单元之一。（二）在引入了含能构件或高能构件作为实体运动副关联元素，同时增加了输入输出通道后，构建了实体主动副。实体主动副都有确定的功能，这些功能可以满足人们的主观或客观需求。每个实体主动副都保留或者部分保留了基本运动副的连接功能，并获得新的连接功能。因此，可以同其他部件相互连接组成复杂的系统。（三）不论是高能构件或者是实体主动副，他们都具有与原来机构的各个层次的部件相同的连接方法和遵循相同的连接模式。例如焊接螺栓连接，铆接等。例如串联连接模式、并联连接模式或者开环闭环连接模式，等等。不仅可以自身相互连接，而且可以与与机构的各个层次的部件连接。用生物学的话说，就是，新引入的部件与原有的部件之间不存在生殖隔离。因此，新引入的部件和主动副同原来的机构的部件和运动副相同或相似，可以组成各种复杂的系统。用生物学的语言表达，就是机器与结构之间五生殖隔离。为构建各种简单或复杂及其机器奠定了方基础。

　　（一）、油气混合气，燃气，水蒸气和惰性气体可以作为气体构件。有固体或流体燃烧形成的燃气可以作为气体构件。这些气体构件是流体构件在机器领域的扩展应用，他们都具有基本的抗压能力，同时含有能量。油气混合气或固体构件的消耗或灭失，不会对气体构件或气体构件产生影响。所以作为构件是完全可行的。因此这些构件可以作为实体运动副的基本结构单元。这些构件可以称之为含能构件。引入了含能构件和高能构件的概念，引入了构件灭失，再生的概念，合理的解释了构件的灭失和重构，忽略了构件的灭失带来的影响。为构建实体主动运动副铺平了道路。

　　（二）、当这些构件作为实体运动副的基本构成单元之一，组成实体运动副时，气体作为关联元素，利用自身的热胀冷缩特性，推动运动子或活塞（或涡轮）作宏观运动，因此构成一种由燃气参与的，能够进行能量转换的实体运动副。这些实体移动副是主动副天博官网。将主动副引入机构，为机构和机器之间架起来一座能量的桥梁。消极实体运动副和主动实体运动副是构建机器的基本结构和功能单元。

　　（三）、机器的构成法则与机构的构成法则相同。按照机构的构成法则，构成一种包含燃气换能副的机构，则该机构称为机器。所以机器是一种广义机构，是一种包含燃气换能副的机构。是一种把热能转化为机械能的机构。换能副是一种主动副，一种由燃气驱动的主动副。这个主动副多是实体转动副或实体移动副。新引入的构件和主动副遵循机构的构成法则，为构建机器提供了方基础。

　　所以，机器（至少是热机）是功能扩展的机构。单纯的机构组合不能生成机器。机器不是机构的组合，机构与机器是同一个层次的部件。机器是消极实体运动副和实体主动副的组合。机器是至少包含一个实体主动副的实体运动副系统。

　　按照新的解读，机器不仅包括，各种热机，如内燃机，外燃机，还包括各种枪炮，电动机等。发电机是另一类换能副。

　　机器是分层次的。例如分为简单机器，复杂机器，或分为元机器，机器群。机器群又分为简单机器群和复杂机器群，超级机器群。