49 向量 /工業理工/ TK Design & Company

偏斜的阻力

若你要推滑開一扇窗，這扇窗卻歪斜的卡住推不開了，這就是

向量的問題。是設計者沒有考慮到，推滑窗子的直行方向力，

到底有多少的力，會因為窗子的磨擦，而被轉換成斜方向的阻

力，再變成只是對該窗子對角的擠壓，所以歪斜的卡住了。

這問題包括按鈕，按壓一個按鈕，幾乎人人都不可能是剛好順

著按鈕設計的方向筆直的按壓下去的，而都會含有偏斜的力

量。若設計不良，這個偏斜的力量，會引起磨擦而使按鈕按不

下去，甚至是造成破壞。

一個『預想的直行方向力 a』，會因為一個偏斜角度的使力或影

響，而產生磨擦，被轉換成『斜方向的阻力 b』。若 使力的偏

斜角度加大，作用力 c 被轉換成為阻力 b 的部分也會加大。當

作用力 c 快超過一半都變成阻力 b 時，則本來是一個上下滑動

的機構，就會變成是左右擴張的動作；或者是 本來是一個左右

滑動的機構，就會變成是上下擴張的動作，像要鑲入一個楔子

一樣的越用力越緊，就會引起不滑順、卡住、或被擠壓壞掉。

一個向量會不會引起不良，這個問題的瞭解並不困難，可以做

實驗，可以參考經驗值，甚至是可以驗算，從 角度、槓桿、和

磨擦係數 來求出。其中，偏斜角度的大小影響最大。

改善的方法，例如 可以減少偏斜發生的角度，像 減小按壓面

的大小、降低按壓面的高度、增加滑動件的長度、避免做出斜

向使力的機構、追加力的平衡機構；再例如 可以減少偏斜發生

的磨擦力，像 使用低磨擦係數的材質或構造、點潤滑油，讓偏

斜的阻力不要影響到動作。

但就是有很多機構工程師在做設計的時候，卻不曾去考量到向

量，而讓該機構的動作 不滑順、卡住，或擠壞掉，也許還會在

使用者用壞了之後，怪使用者沒有好好的用。就是這樣，做壞

了一個東西。

向量的平衡

有人設計 L 形的倒勾，卻總是勾不住，會脫落，這也是向量的

問題。倒勾的支撐點沒有做在該倒勾受力的垂直線上。也就是

說，倒勾的支撐點要做在該 L 筆畫的橫線部分的中心的正上

方，不可以是在該 L 筆畫的垂直線部分的上方。若倒勾的支撐

點是在該 L 筆畫的垂直線部分的上方，該 L 筆畫的橫線部分的

受力面就變成是大於 90 度角而傾斜向外，當然會讓該倒勾滑

開而脫落。

約一年前，台中捷運的施工，架設高架鐵橋彎曲段時，高架鐵

橋從柱子上掉下來壓死了許多人，這也是不懂向量的問題。工

程師沒有考慮到彎曲的鐵橋，重心是歪到一邊去的，架設時，

他們只先簡單的鎖幾顆螺絲，將該鐵橋彎曲段半固定在前後的

兩支承受柱上，就移走吊車，然後，重力的向量就讓它扭斷螺

絲，掉下來了。

向量是在做機構設計時 自然反應的思考行為

機構設計，在每一個施力或受力的地方，都要驗算過向量，才

能掌握其動作的結果，即使是在做一台電視機的四隻腳，也不

能讓電視機被一碰，就倒下來。

同樣的，一個補強肋，若是加在距離固定點很遠的地方，這個

補強肋就幾乎沒有補強的效果了。

一個看起來很簡單的門扣，也有因為沒有驗算過向量而做錯

的，使門不能輕易的推關起來。

向量是在做機構設計時，自然反應的思考行為，若沒能有這樣

的自然反應，那做出來的東西就會到處都是問題。

TK Cheng