滿足機械迷的拆解慾望
工業機械、生活中的機械、異想機械、戰艦、汽車……
構造、原理、激發創意
工科人三種願望一次達成

　　大同大學機械系暨研究所教授、台北市發明造物教育研究會  賴光哲博士◎審訂

　　１５０種推動歷史與文明的機械
　　從打火機到核子武器
　　全面圖解，詳實易懂

　　古董蒸汽火車的構造長怎樣？
　　滾動軸承是什麼，為何是工業必需品？
　　日本新幹線如何發動？
　　阿波羅號為什麼能登上月球？

　　機械的精密構造，
　　蘊藏人類的最高智慧，
　　結合自然界的各種原理，
　　才得以造就輝煌的工業史與科技文明。

　　本書介紹具有歷史意義的機械、各領域的機械，以及充滿想像力的奇特機械，全面介紹150種機械的內外構造、運作原理、過去與未來。讀完本書，你將發現機械不是冷冰冰的物體，它與人類是如此親密，有待我們持續探索。

作者簡介

和田忠太

　　和田忠太1926年生於日本北海道，東北大學工學部機械工程科畢業，國家機械技術士檢定合格，目前任技術顧問，負責執行省力自動化及新產品開發業務。曾參與音樂自動演奏機、護符自動製造裝置、寵物飼養機等等新機械的設計。自用飛機的設計也出自他的構想，目前仍在飛行，並多次獲得佳績。

第一章 劃時代的機械
蒸汽機車16
Ｔ型福特車18
自動織布機19
馬達20
調速器21
渦輪機22
柴油引擎24
滾動軸承25
輸送帶26
滾珠螺桿28
自動化連線加工機29
大型船30
日本新幹線31
阿波羅號太空船32
巨型運輸機34

第二章 生活中的機械
洗碗機36
咖啡機37
噴霧器38
十元打火機39
廚餘處理機40
原子筆41
縫紉機42
折疊式嬰兒車44
計步器46
雷射手術47
人工器官48
結石粉碎機50
空罐擠壓機52
自動點亮器53
地震感測器54

第三章 工廠生產機械
重量平衡器56
自動化倉庫58
水刀加工機59
零件供給機60
裝釘機62
製茶機63
手持印碼機64
捆綁機65
碎紙機66
推土機67
打釘機（釘槍） 68
牆壁上的工業機器人69
綜合收割機70
自動釣魚機72
自動灑水機74

第四章 休閒機械
回力鏢76
小型賽車77
火箭模型78
健身器材80
摩天輪81
高爾夫練習機82
打地鼠遊戲機83
趣味機器人84
樂器自動演奏機86
自動麻將桌87
垂直風洞88
保齡球排瓶機90
蒙太奇影像重組92
舞台裝置93
立體影像顯示94

第五章 交通機械
電動自行車96
空中纜車97
新式交通系統98
自動連結器100
防止橫向滑動的煞車器101
電子控制燃料供給裝置102
鐵道號誌104
快速帆船105
高速船艦106
船的防搖裝置108
垂直式推進器110
超音波測距儀與定位儀111
渦輪式螺旋槳112
輔助動力裝置（APU） 113
通話與飛行資料記錄器114

第六章 戰爭機械
坦克車116
地雷118
蒸汽彈射器119
航空母艦120
潛水艇122
魚雷124
成型裝藥彈125
氣球炸彈126
無後座力砲127
機關槍與機關砲128
無人飛行載具129
導向式飛彈130
隱形戰機132
核子武器133
雷射武器134

第七章 個人機械
個人式小型噴射機136
家用飛船138
個人熱氣球139
超輕型飛機140
無翼飛行器142
背負式鳥人機143
充氣式飛機144
單人潛水艇145
水上步行器146
人力水翼船14 7
超級自行車148
人力飛機150
人力直升機152
人力飛船153
人力飛機大賽154

第八章 奇想機械
衛星彈射器156
空中運輸裝置158
人工太陽159
太空電梯160
太空垃圾的處理161
火星探索162
星際太空船164
斜翼飛機166
非對稱機168
垂直起降飛機169
撲翼機170
直立船171
人工鰓172
真空地下鐵道173
直接風力發電174

第九章 變形機械
碟形垂直起降飛機176
雙主翼飛機177
全翼式飛機178
廣體飛機180
短翼飛機181
飛行汽車182
柔軟翼飛機184
微波動力185
旋翼飛機186
彈射座椅187
硬式帆船188
浮體工程190
太陽能溫差發電水池192
羅基爾氣球193
混合動力車194

第十章 環保機械
太陽能飛機196
電動汽車198
史特林引擎200
小規模水力發電201
發條動力202
被動式太陽能供應法203
風機204
仿生機器人206
淡水裝置208
省油車比賽209
資源回收210
真空垃圾收集系統211
熱電半導體212
大規模地下開發213
核廢料處理214

　　妙運作的機械和器具總讓我們好奇地想：「不知道它的構造有多精巧？」本書將以實例介紹各機械的構造，包含我們身邊引人注目的產品，到推動時代發展的新發明、構思奇特的新商品、軍事技術、一般機械與人力系統、新科技的重大課題等。

　　古今中外各式各樣的科技產品，構造各有特徵，令人不禁讚嘆機械真是人類的智慧結晶，尤其是機械的內部，更讓人覺得凝結了人類的思想和靈感。此外，本書還介紹沒有研究成功，而被人們遺忘的發明。透過認識它們的構思過程，我們可以一窺發明者未完成的夢想，回顧當時的構思很有趣，且能為我們帶來更多啟發。那個年代沒有現今的先進工具與技術，人們只憑聰明的腦袋思索，以彌補工具的不足。雖然他們的技術比現在落後許多，但他們的構思巧妙、豐富。追溯技術進步的歷程，回顧這些機械，可提高人們的創造性，促使人們開發新科學領域。

　　一般來說，機械能成為產業化的商品，進行量產，必須先滿足「技術性」和「經濟性」這兩個條件。「技術性」是指機械的構造和性能；「經濟性」是指製造機械的成本。舉例來說，機械的價格太貴，不管性能再好，也不會有人去買，這個條件是合情合理的。對設計者來說，除了要讓機械按照構想動起來，還得經得起經濟上的考驗，所以創造一個獨特的產品須滿足各種要求，只憑不著邊際的幻想是行不通的。

　　機械量產的方式隨著技術的進步快速改變。從前手動控制的機械非常簡陋，但近年來出現的電子控制機械已變得非常精密。新材料的利用、靈活的生產方式及其他高科技機械的運用等，更拓寬了產業化的道路。所以不要因為某種嘗試在過去失敗，就將它束之高閣，因為經過你的改良，它非常有可能發展出新的出路。回溯近百年來科學技術的快速發展：從萊特兄弟的動力飛機，到現代的高速巨型飛機，開拓了全球的交通，擴展人類的活動範圍；人類進一步探索太空，阿波羅計劃讓人類首次登上月球；電子技術深入日常生活，取得驚人的進展；電晶體的劃時代發明，使電腦被廣泛應用，其中，以資訊網路為代表，它促進全世界的資訊交流，代表人類的交流已進入一個前所未有的新時代。但是在二十世紀的尾聲，大量生產、大量消費這種社會觀念的內部已出現負面效應，隨之而來的廢物處理、回收再利用、環境保護、事故預防等問題都是國際社會共同承擔的問題，有待我們找出周密的對策，運用高科技方法來處理。面對這一系列的問題，二十一世紀拉開了序幕。而本書末章，將探討這些問題。

蒸汽機車▼ 蒸汽機車（ＳＬ）的發明來自社會的進步，它在一個世紀前，誕生於英國，當時的日本正處於明治維新時代，蒸汽機車的發明亦推動了當時日本社會的發展。 今天，雖然蒸汽機車早已不是鐵路的主角，但ＳＬ的魅力依舊迷人、獨特。蒸汽機車的構造包含：產生蒸汽的「鍋爐」、使蒸汽壓力轉變成動能的「汽缸」、帶動車輪的「走行部」。依補給煤炭與水的搭載方式，區分為水箱式與煤水車式兩大類。通稱為Ｄ51型的蒸汽火車頭，是日本具有代表性的貨運蒸汽火車，而Ｃ62型是世界上最大的窄軌用高速客運車。前者有四根主動輪軸，後者有三根，直徑為一‧七五公尺。日本火車頭鍋爐燃燒的是煤，但外國也有燒柴油或木柴的火車頭。鍋爐火箱內的火焰會竄向前面的煙管，將水加熱，產生的蒸汽（飽和蒸汽）會再次被加熱，變成過熱蒸汽再送進汽缸。進入汽缸的蒸汽，在活塞前後交互推壓，讓活塞反覆運動。這時可根據蒸汽的進入方式（不同的時間和不同的進入方向），改變車速和倒轉，使活塞的往復運動藉由曲柄銷轉變為動輪的圓周運動。活塞和曲柄銷維持同一直線的狀態稱為「死點」。在「死點」的狀態下，往復運動無法變為圓周運動，所以為了避免「死點」，要將左右兩側曲柄銷的安裝角度設為九十度，或採用三個汽缸，設為一百二十度。蒸汽通過汽缸，進入煙囪下方，往上排放。在氣流的作用下，吸進排煙使煤的火勢更旺，並使汽笛發出響亮聲音。這與電車的笛聲不同，它不靠空氣，而以蒸汽的作用來發出聲音，所以笛聲較響亮，可以傳得很遠。蒸汽機車的功率低，燃料便宜，結構簡單，如果能解決排煙的問題，應能更加廣泛地運用。