产品形态构成

第4章产品形态设计学习目的和任务:1.了解工业产品功能分类方法，并能对现代生活中常见的工业产品进行分类。2.根据产品功能、人与环境要求、结构要求、材料等条件，设计产品形态的构成形式。3.熟悉多种连接构件形式。能根据设计要求，设计部件的连接形式，明确产品构成形式与产品造型的关系。4.1单元空间构成法产品形态设计概述1.产品形态设计内容产品形状设计——实现产品功能产品内涵设计——传达情感和文化对于一部分工业产品来说，产品设计是有明确的使用目的性的，而另一部分工业产品则是追求装饰效果。产品设计目标不同，其设计方法也完全不同。这里我们主要讨论技术含量较高、需要批量生产的产品的形态设计方法。产品形态设计（1）以传达文化内涵的产品形态设计对于强调传达产品文化内涵，并能运用传统制造方法实现的产品，可从传达产品文化、情感角度出发，运用形态美学法，在确定采用哪种美学法则最能确切表达其设计目的后，再选择相应的材料和加工工艺来完成。这类设计一般出自传统工业，如陶瓷制作、玻璃制造、家具加工等。玻璃烟缸的形态设计紫砂茶壶的形态设计（2）以实现产品功能为主的产品形态设计对结构复杂、生产批量大、制造难度高、强调产品的使用功能的产品,如：机械设备、仪器仪表、家用电器、通讯设备、医疗器械等产品，应首先考虑实现产品的使用功能。在此基础上，再根据产品的文化功能要求，探讨合适的美学法则进行形态修饰，以传达设计的文化、情感等方面的内涵，或强调产品使用功能的效果。•现代产品基本上都有实现产品使用功能和传达设计文化多方面的设计目的，这需要设计者有一定的产品结构、材料、工艺等方面的设计知识，充分把握设计的要求，掌握形态设计中二者的比例关系，才能设计出优良的产品形态。仪器柜电脑台•产品由功能到形态的设计过程产品功能需要通过选择相应的材料、合适的结构设计才得以实现的，产品的结构是产品功能的载体。所以，这类产品设计应该首先设计实现产品使用功能的结构，然后在此基础上，根据产品的精神功能的要求，对产品初级形态的进行修正，如：强调产品的使用功能、强调产品的使用环境、强调产品的操作程序、强调加工产品企业的文化，等等。产品总功能一级功能模块二级单元空间机构构件产品总体形态•首先确定产品的主要功能，•其次分解主功能为多个子功能的组合•对已有的子功能按三种二级功能块展开•在确保实现产品总功能的同时，根据结构逻辑顺序，组成多个产品总体形态•最后选取最佳可行的方案一级功能模块二级功能模块二级功能模块二级功能模块一级单元空间构件二级单元空间一级单元空间•产品总功能的化整为零处理：•分解总功能为不同层次的各个分功能块，这些分功能模块都有具体、明确的目的，运用现代技术，通过各种购件、电器元件、机构实现每个功能模块的目的，这就形成最初的结构单元空间•将这些初建的机构单元空间，通过一定的整理、修正，便形成各不同层次的单元空间（或模块），将这些单元空间依据实现功能的逻辑顺序组合，便形成最初的产品形态。•功能逻辑顺序可以有多种，选择不同的功能逻辑顺序，就会有不同的产品整体形态。通过结构优化评判和形态修正，最终可确定最佳方案。•汽车的基础模块有4个•根据排列组合方式计算，其组合形式有24种，除去结构原理不可能的部分，形成以上11种构成方式。实例2.产品总功能的分解•产品总功能分解方法：(1)依据美学法则或结构原理将产品总功能分解为各个分功能:•如果产品设计不涉及较复杂的结构时，可直接按照美学法则进行分割;•如果产品设计结构和原理较复杂，在熟悉实现各个功能的机构、构件以及电器元器件的基础上进行合理的分解，分解出来的分功能模块，就由实现其目的相应结构来承担。静电吸尘真空吸尘附着吸尘电源滤网扇叶马达尘量指示除尘吸头把手集尘空间开关导管吸尘动力单元集尘单元控制单元•设定:M代表动力单元，S代表集尘单元，C代表控制单元，通过简图可初步确定各单元空间构成产品总体的顺序.3.最初单元空间的确定•当产品基础功能模块与产品的基础单元空间的相对应时，其产品总功能就得以实现。•实现某一个功能可能有多种方法，每一种方法都会有相应的元器件或结构支撑，并形成相应的单元空间，•在最初的单元空间的确定时，美学法则不是决定采用哪一种技术的先决条件，实现功能的技术是考虑的唯一因素。实现单元功能目标的技术结构，有可能是•以固态形式展开，如：固定安装的电子元器件、线路板等；一般在固态单元空间的设计中，要考虑元器件的安装空间、散热空间、调试空间、屏蔽空间等；•以动态形式展开，如：实现传递运动的四连杆机构、齿轮机构等。最初的动态空间，还要考虑机构活动的最大空间，不管是否在工作中是否能被用到，这可能涉及零部件的安装和调试空间。4.功能逻辑顺序组合法则•采用单元空间构成法设计产品形态，产品整体形态取决于产品各个单元空间的组合方式。•在实际产品形态设计中，由于使用不同的材料、不同的理念、不同设计原理、不同的加工方法和工艺，实现同样的产品功能，就会有多种不同的组合方式。•对于零件加工比较困难，产品结构比较复杂的产品形态设计，应首先考虑有效实现产品功能的逻辑顺序组合，按照逻辑功能的顺序将各个单元空间组合起来，然后再通过美学法则进行修正，只有在实现产品使用功能的前体下，才能完成产品形态的设计。案例4-1：清洁护栏车设计（1）设计目标（功能）为了保证人们交通安全，城市公路中间和两边，都设有交通护栏，但随着时间的推移，交通护栏就会被灰尘污染，清洗护栏是一个繁重、工作量极大的活，只有当节日到来或有贵宾到来之前，有关部门才会组织大量的人力进行人工清洗。设计一辆清洁交通护栏的清洁车，减轻人工清洁的劳动强度，又可以降低高压水冲洗带来的浪费水资源现象。目前，有的城市有用洒水改装的清洁车。但能源消耗过大，不经济。交通护栏清洁护栏车（2）产品功能分解产品主要主要功能：用水冲洗城市马路护栏，保护城市整洁卫生，降低环卫工人劳动强度。产品移动、动力：人的推力为了降低成本，动力采用人推车，以车行走所产生的动力，来实现清洁、冲洗功能。也可采用电瓶环保动力源来实现行车、清洁、冲洗等功能。（3）产品结构形成该设计通过多种机械传动装置，实现城市马路护栏清洗器设计与制造。•产品整体采用车的形式实现移动，产品整体分解为清洁系统、移动系统和动力源三个二级结构元素，然后根据设计功能和构件。•产品特点：使用方便，操作简单，制造成本低，不排放任何有害气体，是一款“绿色”的环保机械，应用前景广阔。（4）产品构件设计1）刷洗方式，立式旋转，横式旋转，横式排刷上下移动2）扁嘴喷头3）18寸橡胶标准轮胎4）按一个十字路口段所需用水设计水箱大小，并通过人推最大能力为核定限制，并选择标准型箱体。5）6寸长尼龙毛旋转刷，刷杆高800mm。链轮系统毛刷旋转系统（5）清洁车主要机构设计机构1：车轮转动，通过一对链轮带动轴3转动，作为喷水和刷转动的动力源。机构2：小链轮转动带动一对锥齿轮啮合旋转，锥齿轮带动立式刷轴转动，实现刷洗动作。机构3：小链轴通过凸轮转动，压迫水箱盖上下移动，实现水压，成为喷水动力。（6）产品主要机构尺寸设定•依据产品各功能设计个机构，并确定各机构所需要的空间。1）链轮的传动比设计人推着车步行速度V≈0.8m/s城市公路每两个消防栓之间的距离S≈500m城市马路中间的栏杆高度：H≈930mm2）链轮和链条尺寸设计：•选ISO链号08A-1节距p＝12.7mm•单排链，传动比i=5,Z1=18,则Z2=90•链轮参数根据GB1244-85计算得：(单位：mm)小链轮的尺寸(Z1=18)分度圆d1=73.14,齿根圆df1=65.19,da1=78,•最大轴凸缘直径dg1=58,齿宽b1=8•大链轮的尺寸Z2=90分度圆d2=363.9,•齿根圆df2=355.95,da2=370,•最大轴凸缘直径dg2=350,齿宽b2=8•齿侧倒角ba=0.13p=1.651,齿侧半径ra=12.7•初选中心距a0=(30～50)p=381～635mm取a0=600mm•链长Lpo＝＝154.27•取链长Lpo＝155节•取中心距a＝625mm•3）链轮尺寸：•选ISO链号08A-1节距p＝12.7mm，单排链•传动比i=5,Z1=18,则Z2=90•链轮参数根气据GB1244-85计算得：(单位：mm)•小链轮的尺寸(Z1=18)分度圆d1=73.14,齿根圆df1=65.19,da1=78,•最大轴凸缘直径dg1=58,齿宽b1=8•大链轮的尺寸Z2=90分度圆d2=363.9,齿根圆df2=355.95,da2=370,•最大轴凸缘直径dg2=350,齿宽b2=8•齿侧倒角ba=0.13p=1.651,齿侧半径ra==12.7•初选中心距a0=(30～50)p=381～635mm取a0=600mm•链长Lpo＝＝154.27•取链长Lpo＝155节，中心距a=,取a＝625mm•小链轮结构尺寸系统传递系统•4）齿轮结构设计•小齿轮Z1=17大齿轮Z2=68C=0.2ha*=1模数m=2压力角α＝20°•计算结果：•分锥角σ1＝14°2′σ2＝75°57′•分度圆直径：d1=34d2=136•锥矩R=70.09•齿宽b=20.21•齿顶高ha1=ha2=2齿根高hf1=hf2=2.4全齿高h=4.4•齿顶圆直径da1=37.88da2=136.97•外锥高AK1=67.51AK2=15.06•齿顶角：θa1=1°57′θa2=1°57′•顶锥角：σa1=15°59′σa2=7°55′•齿根角：θf1=1°57′θf2=1°57′•根锥角：σf1=12°4′σf1=74°0′•分度圆齿厚：S1＝3.14S2＝3.14•弦齿厚：S-1=3.14S-2=3.14•端面重合度：εα＝1.73•齿向重全度εβ＝0•弦齿高：h-1=2.07h-2=2.00•当量齿数ZV1=17.52ZV2=280.37（7）产品整体形态设计•根据产品使用的设计方法不同，其产品有不同成型方式。对于运用现代产品加工方式完成产品形态设计，其设计主要考虑单元空间构成法，由于该产品整体主要使用机械设计方法，因此，该产品以单元空间的功能逻辑顺序为链接，产品整体形态设计主要由单元空间组合形成。这就是单元空间构成法。为了强调产品总体形态的协调统一效果，在采用单元空间组合设计前，应尽量使各个单元空间有相同的设计因子，这样才能保证产品总体形成整体的视觉效应。（8）产品整体设计风格与设计改进由于产品设计采用了大量的标准件来降低产品的制造成本，另外大型圆形轮子和矩形水箱的几何形态早已将产品风格定位于现代主义设计风格，产品其它构件，如：机构护栏、防护罩的设计风格也参考此设计风格，以便形成整体统一的效果。•结论：①产品形态构成与实现产品功能的机构息息相关，与形成产品加工方法相关，产品总体形态风格应与产品总体设计目的相呼应。②产品形态构成必须通过尺寸固定下来，也就是设计量化。没有量化的设计，只是空谈，而工业产品的量化，是通过专业语言——工程图学来表达。使用功能、文化功能、情感功能……选择材料、结构设计、加工工艺、形态设计……•产品结构是实现产品功能的载体回顾：产品设计按类似产品结构进行分类：纯框架构成（健身器材、自行车）•整体框架框架与壳体综合构成（电器柜、电脑机箱）整体壳体(包容体)虚体（茶壶、抽屉）单元空间静态空间（电器元件）分类动态空间（机构）静态（铆接、焊接）杆与杆连接动态（活动铰链）静态（螺钉连接、焊接）铰链结构块与块连接动态（活动铰链、滑槽）静态（螺钉连接、焊接）杆与块连接动态（活动铰链）二、产品结构分类•产品形态元素：①支撑件——支撑杆、板和框架②单位空间或体元器件或机构占有空间由壳体包容的使用空间③构件——连接两个以上单位空间的零件组合体现代设计中大量使用连接构件，使之成为产品形态设计中不可缺少的内容，并对产品整体形态产生影响。④机构——实现传递运动和力的构件，实现功能要求的载体机构1——链轮机构（喷水和刷转动的动力源）机构2——锥齿轮机构（锥齿轮啮合旋转带动立式刷轴转动，实现刷洗动作）机构3——凸轮机构（凸轮转动压迫水箱盖上下移动产生水压，成为