二儿子石头，负责出谋划策、优化设计和后勤保障）；三儿子小山，负责精确计算、绘制更规范的图纸和文字记录；以及那个对木工有着惊人天赋的小儿子柱子，负责所有木质构件的精细加工和组装。
一头扎进了对这台划时代的“脚踏打谷脱粒神机”的紧张研发和试制之中。
这一次，他们面临的难度，明显比之前制作曲辕犁和神农耧车要大得多。
那高速旋转的打谷滚筒，不仅要保证足够的强度和硬度，还得做得尽可能地轻便和平衡，否则一旦转起来，那巨大的震动和离心力，就能把整个机器给拆散了。
张大山尝试了多种木料，最后选定了一种质地坚硬、纹理细密、且不易开裂的硬杂木，作为滚筒的主体材料。
他又让铁牛用最好的铁料，锻造出两根粗壮坚固的中心转轴，并想办法将其牢固地嵌入滚筒的两端。
至于滚筒表面的那些“齿钉”，他们最初尝试用削尖的竹钉，但发现强度不够，很容易在高速旋转和撞击中断裂。
后来，还是石头想出了个主意，建议用那种生长在山里、质地异常坚硬、俗称“铁核桃”的树木的木心，削成一寸来长、筷子粗细的木钉，再用火烤使其进一步硬化，然后密密麻麻地、交错排列地嵌入滚筒表面。
这样一来，既保证了足够的硬度和耐磨性，又不至于像铁钉那样容易损伤谷粒。
那套脚踏的传动机构，更是让他们父子几人绞尽了脑汁。
如何将人踩踏的往复运动，高效地转化为滚筒的圆周旋转运动？
如何设计出合适的齿轮比，才能既省力，又能保证滚筒达到足够的脱粒转速？
那些用来固定滚筒和传动轴的轴承，又该如何制作，才能既灵活耐用，又能承受巨大的冲击力？
这些问题，每一个都像是一座难以逾越的大山，横亘在他们面前。
好在，张大山有《天工开物》这部“百科全书”作为后盾，虽然书上没有直接画出完整的打谷机图样，但其中关于各种机械传动、轴承设计、以及材料加工的原理和技巧，却如同一盏盏明灯，不断地为他指引着方向。
他大胆地借鉴了水车上那种用硬木制作的、浸了桐油的“自润滑轴承”的原理