山谷尽头传来哗哗水声——那是一条从山崖上跌落的溪流，冬季水量不算大，但水流湍急。老马眼睛一亮，指着那片断崖：“林工，您看那儿！天生的落差，都不用修水坝了。”
林凡打量着地形。断崖大约四米高，水流从崖顶倾泻而下，在下方冲出一个深潭，然后蜿蜒流向下游。崖壁是坚固的岩石，如果能在这里安装水车，确实是个理想的位置。
“问题是冬天结冰怎么办？”张工提出疑虑，“咱们去年冬天就见过，这种瀑布最容易结冰凌。”
老马蹲在潭边，用手试了试水温，又抬头观察崖壁的朝向：“这面崖朝东南，一天里大半天能晒到太阳。我估摸着，除非遇上连续半个月的酷寒，不然冻不住。真要冻了……”他拍拍腰间挂着的钢钎，“咱们来敲冰！”
林凡点点头，从挎包里取出皮尺和指南针。两个学徒立刻会意，一个拉尺子量高度和宽度，另一个在本子上记录。
“瀑布宽一米二，落差四米二。”学徒小陈大声报数，“潭水深约一米五，底部是岩石。”
林凡在脑子里快速计算着水能。“按这个流量和落差，能产生大约两到三马力的功率。”他说，“带动一台钻床绰绰有余，但要同时驱动锻锤和车床，就得好好设计传动系统了。”
“那就分开。”张工建议，“做两个水车，一个专供锻锤，一个供车床。或者做两级传动，大轮带小轮，分配动力。”
老马已经爬上崖壁侧面，仔细观察着岩石结构。他敲敲打打，又用钢钎撬了撬岩缝里的泥土。“这儿！这儿能打桩！”他指着几处位置，“在崖壁上凿孔，埋入木桩或铁桩，用来固定水车的轴承座。崖体结实，能吃住力。”
一行人现场讨论了两个多小时。最终方案确定：在瀑布中段安装一台上射式水车，充分利用水流的冲击力和重力。水车主轴延伸出来，通过一套齿轮组将动力分为两路——一路直接驱动锻锤的凸轮机构，另一路通过皮带传动送到十米外的工作棚，驱动车床。
“锻锤要放在离水车近的地方。”林凡在地上用树枝画着布局图，“因为锻击需要瞬时大力，传动环节越少越好。车床对力量要求没那么大，但需要转速稳定，可以稍远些。”
回到山洞作坊，设计工作正式展开。
林凡负责总体设计和关键机构。他先画锻锤部分：一个重约五十公斤的锤头，通过水车带动的凸轮提升到一定高度，然后释放落下。关键在于释放机构——要能可靠地抓取和释放锤头，还要能调节落锤高度，以控制打击力。
“这个卡销机构怎么样？”张工指着图纸上一处细节，“凸轮转到最高点时，这个斜面会把卡销顶开，锤头就落下了。然后凸轮继续转，底部的复位弹簧会把卡销推回去，等待下一次提升。”
“就怕卡销磨损太快。”林凡思索着，“锻锤每分钟可能要打二三十下，一天就是上万次。普通钢销撑不了几天。”
“那用淬火的钢呢？”老马插话，“咱们上次缴获的那批汽车弹簧钢，硬得很。我打过一个凿子，用了三个月没见钝。”
“好主意！”林凡眼睛一亮，“就用弹簧钢做卡销和卡槽。另外，在接触面加润滑装置——做个小油盒，用毛毡慢慢渗油。”
解决了锻锤的关键问题，接下来是车床。
简易车床的设计更复杂一些。林凡设想中的这台车床，要能完成外圆车削、端面车削和钻孔三种基本操作。这意味着需要主轴旋转、刀架纵向和横向移动的功能。
“最难的还是精度。”林凡指着图纸上的主轴部分，“主轴要转得稳，不能晃。一微米的晃动，加工出来的零件就能差出几十微米。”
没有精密轴承，只能用最简单的滑动轴承。林凡设计了一种“三支撑”结构：主轴前后各有一个青铜轴套，中间再加一个辅助支撑。青铜轴套内壁开油槽，用动物油脂润滑。
“轴套的加工是关键。”张工皱眉，“咱们现在连个像样的镗孔设备都没有，怎么做出圆而光滑的轴套孔？”
林凡从柜子里取出一个小木盒，打开，里面是几件奇怪的刀具。“我这两个月一直在琢磨这个。”他拿出一件，“看，自制的铰刀。用淬火钢条磨出切削刃，装在钻床或手摇钻上，可以慢慢把孔铰圆、铰光。虽然慢，但比手工锉要准得多。”
他又拿出另一件，“这个是刮刀。等孔铰得差不多了，用这个一点点刮，可以把接触面刮得非常平整，还能存油。”
这些都是林凡利用夜晚时间悄悄研制的。他知道，要想造出机器，先得有制造机器的工具。
“主轴本身怎么加工？”老马问，“那么长的钢轴，要做得又直又圆，两头还要有螺纹装卡盘……”
“一步一步来。”林凡说，“先用锻锤把钢料锻打成粗坯，然后架在临时做的两个支架上，