機關偃甲設計是所有機關師、偃師必須學習的應用課程,內容主要是分析各機械元件在靜止或運動並承受負載狀態下,其內部的應力分布與應變。另外尚包括計算機械元件的幾何形狀、尺寸大小與其使用壽命,並做優化處理以增加機械效率等等。 因此在任何機關偃甲製作之前,都必須先行設想好「做什麼」,然後才會是「怎麼做」。所謂「做什麼」是該機關偃甲之「目的」,先行擬定期望之功能,再來才是思考技術問題、材料、外觀。例如倘若目的是農地灌溉,那麼該當建造的就是水車而非牛車,倘若打算製造的是水車,那就必須考慮堅固耐穩但也不能過分笨重之材質。 機關偃甲在設計上必須注意者,大致可分類為力學、動力、靜力、材料、機關等部分,力學及動力在前二堂課已進行說明,因此以下就另外三項類別簡單說明。 一、靜力 靜力是指物體在靜止平衡狀態下的負載。在這狀態下,或許有外力作用於此物體,但是該物體內部結構之相對位置、結構仍舊保持不變。 一個靜止的物體或系統,若受到多力作用而保持原來靜止的狀態,不平移也不轉動,則該物體或系統即稱為靜力平衡。換句話說,若一物體同時處於平移平衡及轉動平衡時,則我們稱該物體處於靜力平衡。 當呈靜力平衡狀態時,系統或者是靜止的,或者其質心維持常速運動。舉生活中的實例,例如端午節的立蛋、陀螺直立旋轉到靜止狀態的瞬間均是。 二、材料 材料關係著各種力和力矩作用下所產生的應力和應變,以及剛度和強度的問題。結構成機械者從外殼到內部,主要材料如杆、軸、齒輪等等,其硬度及彈性都與該機甲是否能順利運行息息相關,倘若建造者為偃甲鳥,輕巧具有彈性之材質(例如木材)常為首選,倘若建造者為大型攻城武器,其堅固程度(例如鋼鐵) 則是優先考量範圍。 三、機關 機關是為用來傳遞與變換運動和力的可動裝置,亦可謂機關偃甲最精細的核心部位,也是在機關偃甲的設計中,最需要被保護的部分。機關的基本要素為構件和運動副,以及組成結構運動鏈。他是透過各種零件的運動規律來維持整體機甲的運作,以達到單一推進動力整體機甲運行效果。舉例來說一般馬車行進的原理是利用馬匹為動力驅使馬車向前行進,但倘若將機關運用在車輛上,那麼便可以做到以燃料為動能,推動內建機關促使車輛向前的效果。 機關偃甲的材質、結構均與使用目的息息相關,要製造出合適的偃甲,多多了解各種媒材的特性、學習機關技術時為不二法門。 |