產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計原則精選(九篇)

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第1篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計原則范文

關鍵詞：產(chǎn)品；結(jié)構(gòu)；設計；要素

1產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)要素

在當今的產(chǎn)品設計中，形式、功能和技術(shù)被認為是產(chǎn)品構(gòu)成的三大要素。產(chǎn)品的形式就是產(chǎn)品借以展現(xiàn)的樣式、狀態(tài)，主要是指產(chǎn)品的外觀形態(tài)，產(chǎn)品形式本身就是作為產(chǎn)品功能的一種反映而存在，在產(chǎn)品設計這一極具創(chuàng)造力的活動中，功能是一件產(chǎn)品最重要的本質(zhì)所在，任何產(chǎn)品之所以有價值就是因其功能的實現(xiàn)，沒有功能的產(chǎn)品就不能稱之為產(chǎn)品；技術(shù)是指實現(xiàn)產(chǎn)品的形式及實現(xiàn)產(chǎn)品功能的手段和方法。而與產(chǎn)品三要素息息相關的就是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設計，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計直接影響著產(chǎn)品的形式、功能和技術(shù)，合理的結(jié)構(gòu)設計可以使產(chǎn)品的外觀形態(tài)展示的更加完美，合理的結(jié)構(gòu)設計可以使產(chǎn)品的功能更加合理，也可以使技術(shù)更加簡單，所以結(jié)構(gòu)設計是產(chǎn)品設計中的重要組成部分。

2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的相關要素

產(chǎn)品設計的目的，就是要創(chuàng)造出既要滿足功能價值也要滿足審美價值的產(chǎn)品，在這兩個要素中，功能是產(chǎn)品的本質(zhì)，產(chǎn)品設計的首要目的就是實現(xiàn)其功能，而保證產(chǎn)品功能得以實現(xiàn)的，重要的就是結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)決定了產(chǎn)品的功能，結(jié)構(gòu)也豐富著產(chǎn)品的形態(tài)。結(jié)構(gòu)是設計別應該加以重視的環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)設計的巧妙與否與以下要素有關：

2.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與功能

a品的功能通過結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出來，結(jié)構(gòu)的變化可能導致功能的變化，可以做一個形象的比喻，把結(jié)構(gòu)系統(tǒng)比喻成產(chǎn)品功能實現(xiàn)的硬件，它是實現(xiàn)產(chǎn)品功能的前提，反映了設計對象是由哪些零部件構(gòu)成以及如何構(gòu)成的，各個零部件之間的相互關系。功能系統(tǒng)比喻成是產(chǎn)品功能實現(xiàn)的軟件，是隱藏在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)之中，只有通過產(chǎn)品的使用才能體現(xiàn)出來。消費者在購買商品時，看到的是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)以及由結(jié)構(gòu)所確定的產(chǎn)品整體外形，真正需要的是產(chǎn)品的功能，是產(chǎn)品設計最本質(zhì)、最核心的東西，是設計者和使用者最終追求的目標。產(chǎn)品的功能與結(jié)構(gòu)相輔相成，不可缺少。設計師在設計產(chǎn)品時，不能一味追求產(chǎn)品的功能而忽略實現(xiàn)產(chǎn)品功能的結(jié)構(gòu)，應考慮結(jié)構(gòu)的可實珊性。

2.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與形態(tài)

產(chǎn)品的形態(tài)是指產(chǎn)品的形式與狀態(tài)。產(chǎn)品的形態(tài)是以人的感受方式將產(chǎn)品的內(nèi)在性能體現(xiàn)在人的知覺上，產(chǎn)品的形態(tài)處理是一種形式美的手段，產(chǎn)品形態(tài)上的處理本質(zhì)上就是結(jié)構(gòu)上的設計，產(chǎn)品的設計不僅要滿足功能要求，而且還應考慮產(chǎn)品造型的美學價值，使之對人產(chǎn)生吸引力。從心理學角度看，人60%的決定取決于第一印象。技術(shù)產(chǎn)品的社會屬性是商品，在買方市場的時代，為產(chǎn)品設計一個能吸引顧客的外觀是一個重要的設計要求；同時造型美觀的產(chǎn)品可使操作者減少因精力疲憊而產(chǎn)生的誤操作。考慮造型時，應注意下述三個問題：（1）尺寸比例協(xié)調(diào)。在結(jié)構(gòu)設計時，應注意保持外形輪廓各部分尺寸之間均勻協(xié)調(diào)的比例關系，應有意識地應用“黃金分割法“來確定尺寸，使產(chǎn)品造型更具美感。（2）形狀簡單統(tǒng)一。結(jié)構(gòu)設計時，應使這些形狀配合適當，基本形狀應在視覺上平衡，接近對稱又不完全對稱的外形易產(chǎn)生傾倒的感覺；盡量減少形狀和位置的變化，避免過分凌亂；改善加工工藝。（3）色彩、圖案的支持和點綴。在機械產(chǎn)品表面涂漆，除具有防止腐蝕的功能外，還可增強視覺效果。恰當?shù)纳士墒共僮髡哐劬Φ钠诔潭冉档?，并能提高對設備顯示信息的辨別能力。

2.3產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性

所謂結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性就是指結(jié)構(gòu)在荷載作用下維持其原有平衡形式的能力。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是結(jié)構(gòu)設計的重要因素之一，只有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的產(chǎn)品才具有長期使用性。在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計時，應盡量遵循以下原則來增加產(chǎn)品的穩(wěn)定性。（1）調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的形狀，使產(chǎn)品支撐面增大，支撐面積越大產(chǎn)品越穩(wěn)定，這就是課座椅腿經(jīng)常外傾的原因，主要是為了增加其支撐面積，從而提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。（2）調(diào)節(jié)產(chǎn)品重心的位置，在豎直方向，產(chǎn)品重心越低產(chǎn)品越穩(wěn)定，在水平方向，產(chǎn)品重心越靠近產(chǎn)品中心產(chǎn)品越穩(wěn)定，這也是不倒翁之所以不倒的原因，就是因為它的重心接近地面。同時在產(chǎn)品設計時，為了提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，應盡量減少使用細長桿件。（3）盡量利用三角形框架或其他穩(wěn)定性組合結(jié)構(gòu)來增加產(chǎn)品穩(wěn)定性。在我們生活中，有很多這樣的例子，例如照相機托架展開后為多個三角形的組合體。

結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在日常生活中有著廣泛的應用，一方面人們利用穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)抵抗外力、承受負載，另一方面又利用不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)某些功能。如在地震多發(fā)地區(qū)，人們將啤酒瓶之類的物體倒置在地上，利用這一不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)預報地震的功能。

2.4產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與強度

產(chǎn)品設計應滿足強度要求，所謂強度就是指產(chǎn)品能抵抗外力的能力。要使產(chǎn)品具有符合要求的強度，就必須要考慮產(chǎn)品的選材、結(jié)構(gòu)的形狀及連接方式。（1）強度與材料有關。材料種類不同，其結(jié)構(gòu)強度就不同。金屬、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革構(gòu)成的結(jié)構(gòu)強度都不同，所以要根據(jù)產(chǎn)品的使用場合及受力情況進行合理選材。（2）強度與材料結(jié)構(gòu)的形狀有關。材料的截面形狀不同，其結(jié)構(gòu)強度也都不同。通常實心材料如果橫面積相同，矩形材料邊長方向的抗彎強度要比圓形材料高；而截面積不相同的空心材料要比實心材料的抗彎強度高，這就是自行車架通常用空心管材的原因，不但可以減少重量，還可以增加抗彎強度。（3）強度與構(gòu)件之間的連接方式有關。構(gòu)件之間的連接方式通常有活動鏈接和固定連接兩種。機械連接、焊接、粘結(jié)屬于固定連接；移動連接、轉(zhuǎn)動連接屬于活動連接。通常在做結(jié)構(gòu)設計時，要避免連接處為產(chǎn)品受力處，以免加速產(chǎn)品損壞。在產(chǎn)品造型設計中，連接的目的就是為了將不同形態(tài)的構(gòu)件銜接在一起，從而使產(chǎn)品能夠發(fā)揮其功能，是產(chǎn)品的重要結(jié)構(gòu)之一。在選擇分割連接位置時，應盡力避免產(chǎn)品受力處，應選擇在非受力點，從而增加產(chǎn)品的使用壽命，而能夠達到同一種效果的連接的方式并不唯一，這就要求設計師根據(jù)產(chǎn)品特定的環(huán)境進行選擇，在滿足強度要求的前提下遵循的主要原則為以加工工藝簡單、安裝拆卸便利為原則。

2.5產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與受力

我們根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式上的不同，可以將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)劃分為實體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和殼體結(jié)構(gòu)。所謂實體結(jié)構(gòu)是指一般是實心的，特點是外力分布在整個體積中，能夠承受比較大的力，這種結(jié)構(gòu)可以應用在受力較大的場合，例如重工機器中?？蚣芙Y(jié)構(gòu)是指形態(tài)比較簡單，主要由細長的構(gòu)件組成，特點是支撐空間而不充滿空間，主要承受水平或垂直方向的力。例如置物架等。這類產(chǎn)品因受放置物品的重力作用，需要加強兩側(cè)立板的強度。殼體結(jié)構(gòu)：指層狀的結(jié)構(gòu)，能夠巧妙地將外力分散到整個表面，根據(jù)這一特征，殼體類產(chǎn)品在選擇加工材料時可以適當降低材料的厚度，目前塑料材質(zhì)的殼體類應用較多。產(chǎn)品設計時應先分析產(chǎn)品的受力，根據(jù)其受力方式選擇合適的結(jié)構(gòu)。

第2篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計原則范文

關鍵詞：光學鏡頭 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計 注塑成型工藝 精密機加工 刀具設計

隨著影像技術(shù)的高速發(fā)展，人們可以隨時隨地地將身邊正在發(fā)生的事情、景物和人物錄制在自己的相機或手機里。而這些高科技產(chǎn)品的核心零件正是有著高精度的光學元件。以往這種光學鏡頭都以玻璃為主材，但玻璃難免存在質(zhì)量大、脆性大、價格高等缺點，因此近年來人們開始選用聚合物材料代替玻璃鏡片，并逐漸應用在通信行業(yè)、醫(yī)療器械、汽車工業(yè)，以及信息行業(yè)。而能否實現(xiàn)批量生產(chǎn)關鍵在于注塑成型。

眾所周知，注塑成型廣泛用于塑件批量生產(chǎn)，但傳統(tǒng)注塑成型技術(shù)難以達到光學元件的精度。若要達到所需的尺寸公差和表面質(zhì)量，必須優(yōu)化整條工藝鏈。經(jīng)過多年的研究，如今可以通過精密注塑成型技術(shù)制成功能更多、價格合理的精密光學元件，滿足市場的需求。

研究注塑成型工藝，能夠發(fā)現(xiàn)精密注塑成型與傳統(tǒng)注塑成型相比有六個明顯不同。

一、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計

為了獲得最佳的表面質(zhì)量和最小的尺寸公差，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計是非常重要的。產(chǎn)品設計也標明塑件的尺寸公差。從一些經(jīng)驗得知，常見的設計原則如下：避免塑件局部壁厚，產(chǎn)生縮孔；控制最小壁厚的尺寸（材料決定）；在光學元件起作用的表面不能有孔、槽位等，防止形成熔接痕；壁厚變化不能太大，選擇平穩(wěn)過渡；保持塑件壁厚

均勻。

由于塑料的穩(wěn)定性比玻璃要差，所以塑料鏡頭折射率的準確性要比玻璃鏡頭低。一般而言，標準環(huán)境條件下，塑料鏡片的折射率變化范圍大于1%，而折射率的變化將會引起鏡頭焦距的變化。從物理實驗可知，常見球面鏡頭的焦距是由折射率n，鏡頭厚度T和球半徑R決定的，而且這三個參數(shù)對焦距的影響各不相同，其中又以折射率n影響最大。為了減小折射率的變化，在設計時必須嚴格標明鏡頭的形位公差和加工精度。

二、刀具設計

刀具設計與產(chǎn)品設計同樣重要，切削效果會直接反映在塑件表面上。當塑件的精度達到微米級（μm）時，刀具的尺寸公差必須低于1μm。雖然這對于刀具設計不是一個簡單的事情，但還是有許多刀具單元可供選擇的。有一點值得注意的是：尺寸穩(wěn)定的刀具需要高強度的材料，而且該材料能適應各種熱處理工藝，而后者的重要性往往被忽視。實驗證明，如果硬化鋼的金相組織從奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的過程并沒有完全結(jié)束，材料的微觀結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，引起宏觀的尺寸變化，即使在沒有受載荷的情況下，也會發(fā)生0.01～0.001mm的變形。

三、注塑成型設備

注塑成型設備是整條工藝鏈的一個重要組成部分。注塑設備能夠熔融、塑化聚合物，使其注入模具，不斷循環(huán)。它需要精準地控制每一個工藝參數(shù)，例如注射溫度、注射量、注射速率、型腔壓力等等，注塑設備的精度決定了塑件的成型精度。

精密注塑成型設備是一個閉合回路，它的運作完全受那些參數(shù)控制。注塑成型時，每一個機械動作都必須準確無誤（例如兩塊模具安裝板移動時的平行度），而且設備上所有的零部件都要求高度的穩(wěn)定性。由于成型設備的驅(qū)動單元由電力傳動，在精確性和復現(xiàn)性方面有明顯優(yōu)勢，適用于精密注塑成型。

四、模具車間的加工能力

除了設計元素，精密加工也是注塑成型一個非常重要的部分。模具加工必須經(jīng)過精密的機械加工和緊密配合的裝配流程。如果沒有好好控制這一部分尺寸公差，后期的注塑成型加工將難以再修復塑件的尺寸公差，或者允許調(diào)節(jié)的注塑成型參數(shù)范圍更窄了。隨著高速切削的發(fā)展，可以預測，精密高速多軸銑削加工將慢慢取代EDM（放電加工）。

為了使模具鑲件達到質(zhì)量要求，可采用單晶金剛石作為機夾車刀的刀粒進行車削加工。金剛石車削的最大缺點是不能直接切削黑色金屬，例如鋼鐵，因為鐵會使金剛石磨損相當快。目前，一些企業(yè)在熱處理工藝方面做了一些研究，就是通過改善合金工具鋼的切削性能以達到單晶金剛石車削的效果。從初期的結(jié)果看起來非常有希望。當然我們還必須留意車削或銑削刀具本身，因為硬質(zhì)合金車刀經(jīng)過高速車削后，刀刃會磨損，就需要采用精密磨刀機重磨刀刃刀尖。我們要高度重視這些刀具的切削平面和切削刃，即使是切削刃上極小的瑕疵都會在成型后的產(chǎn)品上反映出來。

五、注塑成型工藝

注塑成型工藝可分為兩種類型：傳統(tǒng)注塑成型和注塑壓縮成型。傳統(tǒng)注塑成型時，塑料冷卻過程中會產(chǎn)生內(nèi)應力，改變塑件性能，引起鏡頭偏光。為了克服這個潛在的內(nèi)應力，其中一種處理方法是塑件退火處理，但這種方法會使塑件產(chǎn)生變形，不太合適。現(xiàn)在可以采用注塑壓縮成型，注塑壓縮成型常用于成型帶有細微結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，例如帶有衍射功能的塑料鏡頭，它與傳統(tǒng)注塑成型工藝有幾點明顯不同。概括其成型工藝參數(shù)范圍如下：

注射壓力（保壓壓力）：大于100MPa（因塑件或材料而定）；注塑速率：因模具、塑件、材料而定；塑化溫度：200～320℃；模具溫度：100～150℃；成型周期：0.5min以上。

因為精密注塑成型屬于新型注塑方法，因此其成型參數(shù)沒有經(jīng)驗可借鑒。為了獲得合適的成型參數(shù)，可采用如下方法進行嘗試。首先設計和制造一套注塑模（沒有考慮收縮率），第二步選擇其中一個注塑成型參數(shù)，將其劃分為若干個微分，逐一進行注塑優(yōu)化。然后檢測成型后的塑件尺寸，根據(jù)塑件修改注塑模的形狀和尺寸。這種方法所得到的工藝參數(shù)往往具有較高的穩(wěn)定性和準確性。當然，要實施這個方案必須具備精密的測量設備（三坐標測量儀）、先進的制模車間（多軸銑削中心）和設計部分的數(shù)學能力（仿真分析）。

六、技術(shù)人員能力

為了使塑件獲得嚴格的尺寸公差，精密注塑成型從一開始就必須進行考慮?？紤]光學設計、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計、成型工藝參數(shù)和成型設備等各方面因素，并將這些相互作用的多個因素作為一個整體統(tǒng)一考慮，不能忽略任何一個。因此需要聘請一些掌握高新技術(shù)和經(jīng)驗豐富的設計工程師，他們能夠完成例如光學設計、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計、刀具設計、有限元分析和模流分析等工作。從另一方面來講，雖然如今注塑成型過程的大部分操作都能夠通過電腦控制，實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，但是車間里仍然需要一些受過高等教育的高技術(shù)人才。因為精密注塑成型過程的控制是注塑成型領域里最前沿的一種技術(shù)。其典型特點是注塑機擁有先進的控制界面，需要有人不間斷地監(jiān)控，并及時調(diào)整關鍵的工藝參數(shù)，因此人的因素非常重要。

有了精密注塑成型，聚合物光學元件實現(xiàn)了大批量和高精度的生產(chǎn)。當然這只是一個開始，精密注塑成型在一些方面仍然沒有做到盡善盡美，例如：聚合物材料研發(fā)、注塑成型設備設計、模具狀態(tài)探測、塑件精密測量、模塑仿真分析軟件應用等方面都可以深入地研究，這些必將為人們提供更優(yōu)質(zhì)的塑料光學鏡頭。

參考文獻：

[1]葉久新，王群.塑料成型工藝及模具設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[2]約翰納伯（F.Johannaber）.注射成型機使用指南.北京：化學工業(yè)出版社2003.

[3]李忠文，陳延軒，等.精密注塑工藝與產(chǎn)品缺陷解決方案100例[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.

第3篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計原則范文

關鍵詞：VB6.0；Excel VBA；AutoCAD VBA；電力變壓器；結(jié)構(gòu)設計；應用

中圖分類號：TP391.72 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）20-0036-02

近年來，隨著變壓器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不繼改進，以及企業(yè)間競爭的日趨激烈，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計方法已經(jīng)很難滿足企業(yè)當前生存和發(fā)展的需要。企業(yè)為了能在市場競爭中處于有利位置，實現(xiàn)產(chǎn)品設計數(shù)字化、自動化勢在必行。計算機輔助技術(shù)（CAD/CAPP/CAM/ERP等）在企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)過程中日益得到廣泛的應用，廣大設計人員對CAD系統(tǒng)的功能要求也越來越高，他們已經(jīng)不再滿足于利用CAD系統(tǒng)達到“甩圖板”的目的，而是希望從根本上減輕大量簡單、重復和煩瑣的工作量，使自己能集中精力于那些富于創(chuàng)造力的高層次創(chuàng)新設計活動中去。

為例便于理解，首先介紹一下VBA（Visual Basic for Application）。VBA將AutoCAD、Excel與Visual Basic的功能結(jié)合在一起，能夠快速地創(chuàng)建出符合用戶要求的程序，大大提高用戶的工作效率。對于快速開發(fā)小規(guī)模的應用程序更是一種最好的選擇。AutoCAD VBA的開發(fā)使用AutoCAD ActiveX技術(shù)，這種技術(shù)使用戶能夠從AutoCAD的內(nèi)部或外部以編程形式操作AutoCAD。在AutoCAD中使用ActiveX接口具有兩個優(yōu)點：其一，更多的編程環(huán)境可以編程訪問AutoCAD。其二，與其他Windows應用程序（例如：Microsoft Office Excel、Word）共享數(shù)據(jù)變得更加容易。

1 應用內(nèi)容

電力變壓器設計包括電磁計算和結(jié)構(gòu)設計。目前，絕大多數(shù)設計人員都使用Microsoft Office Excel 2003和Autodesk AutoCAD 2008，它們強大的VBA二次開發(fā)能力成為設計人員的最理想工具。在實際的電力變壓器結(jié)構(gòu)設計過程中，有時希望能夠?qū)utoCAD中的一些圖形信息提取出來生成一個Excel文件，以便打印和管理；有時又需要從一個Excel文件中讀取數(shù)據(jù)，用來繪制圖形。為此，必須實現(xiàn)AutoCAD與Excel間的通信。Microsoft Office Excel 2003和Autodesk AutoCAD 2008中都集成了基于VB6.0的VBA開發(fā)工具，為開發(fā)AutoCAD應用程序，實現(xiàn)AutoCAD與Excel的數(shù)據(jù)交換提供了一個強大、方便、快捷的手段。

在本文中選取了電力變壓器鐵心截面結(jié)構(gòu)設計來詳述Excel VBA和AutoCAD VBA在電力變壓器結(jié)構(gòu)設計中的應用。

2 實例分析

應用程序的開發(fā)一般包括參數(shù)的確定、建立有關庫表、程序的編制和調(diào)試等幾個階段。具體過程如下：

①在Microsoft Office Excel 2003 中建立鐵心計算參數(shù)表格，如圖1所示。

②在“設計模式”下，雙擊ActiveX控件“自動自成鐵心截面圖”，進入Microsoft Office Excel VBA編程界面，單擊“工具”選項里的“引用”，在“AutoCAD 2008 Type library”前面勾選。實現(xiàn)AutoCAD與Excel間通過VBA的通信。

根據(jù)我公司變壓器結(jié)構(gòu)設計原則，變壓器鐵心的結(jié)構(gòu)形式為采用橫向五級階梯、45°斜接縫形式。需要確定了鐵心直徑，窗高，中心距，其它尺寸：如片長、片寬、疊厚、封片及綁扎帶的尺寸等，這一步我們通過對Excel 2003進行添加函數(shù)進行自動計算。

本文中VBA程序編制的主要工作是：從Excel表格中獲取相關尺寸，如鐵心直徑、窗高、中心距、片長、片寬、疊厚等基礎尺寸，插入典型子圖、標注尺寸、繪制鐵心截面圖、填寫各級鐵心數(shù)據(jù)和明細表等。在Excel VBA編程界面里編程，代碼如下：

Const pi = 3.14159265358979

Private Sub CommandButton1_Click()

Dim pt(0 To 2) As Double

Dim p0(0 To 2) As Double

Dim Ho as integer

Dim Mo as integer

Dim Lo as integer

Set Ho = Cells(i, 32).Value

Set Mo = Cells(i, 31).Value

Set Lo = Cells(i, 30).Value

表示Excel中第i列32行的值等于Ho（窗高）

表示Excel中第i列31行的值等于Ho（中心距）

表示Excel中第i列30行的值等于Lo（最大片寬）

下面的代碼用于連接AutoCAD，注意：AutoCAD軟件必須打開并且已經(jīng)新建了一個繪圖界面，否則當單擊“自動自成鐵心截面圖”時將出現(xiàn)錯誤。

Dim plinea As AcadLWPolyline

Dim plineb As AcadLWPolyline

Dim dimrotate As AcadDimRotated

Dim thapp As AcadApplication

Dim doc As AcadDocument

Dim text As AcadText

Set thapp = GetObject(, "AutoCAD.Application")

Set doc = thapp.ActiveDocument

For i=58 To 18 Step -2

pt(1)=(i - 18) *15.085

pt(0)=0

Call doc.ModelSpace.AddText("4x"&Round(Ho,pt, 21)

pt(0)=-100

Call doc.ModelSpace.AddText("4x"&Round(Mo, 1), pt, 21)

pt(0)=-200

Call doc.ModelSpace.AddText(Round(Lo,1), pt, 21)

.

下面的代碼用于從文件名為“Mydesign.dwg”的文件中拷取典型子件圖。

DwgName = "g:\Tank\Mydesign.dwg" '返回文件名

BlkName = "DownTr" '返回塊名

ThisDrawing.SetVariable "LTSCALE", 1

ObjDBX.Open DwgName '打開圖形

Set BlkObj(0) = ObjDBX.Blocks(BlkName)

ObjDBX.CopyObjects BlkObj, ThisDrawing.ModelSpace '復制對象

.

End sub

3 程序運行與總結(jié)

程序運行在AutoCAD環(huán)境下，生成如圖2所示的鐵心截面圖。

由此可見，通過實現(xiàn)AutoCAD與Excel間VBA的通信，設計人員可免除大量的重復設計工作，借助于Excel強大的計算功能和AutoCAD的繪圖功能，可方便快速地設計出結(jié)構(gòu)圖紙。因為大多數(shù)設計人員熟悉VB6.0、Excel和AutoCAD，很容易編寫出適于自己產(chǎn)品的應用程序，實現(xiàn)產(chǎn)品圖紙的參數(shù)化。

參考文獻：

[1] 路長柏,朱英浩,張懷靈,等.電力變壓器計算[M].哈爾濱:黑龍江科學技術(shù)出版社,1990.

第4篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計原則范文

【關鍵詞】計算機輔助設計 Rhino（犀牛）軟件 產(chǎn)品 造型設計

1 Rhino（犀牛）軟件簡介

Rhino是由美國Robert McNeel公司于1998年推出的一款基于NURBS為主的三維建模軟件。Rhino是最先進的專業(yè)NURBS建模軟件之一，擁有簡潔的操作界面、強大的功能和較低的硬件配置要求。與其它高價的3D軟件相比，毫不遜色，它包含了所有的NURBS建模功能，用它建模非常流暢。從設計稿、手繪到實際產(chǎn)品，或只是一個簡單的構(gòu)思，Rhino所提供的曲面工具可以精確地制作所有用來作為渲染表現(xiàn)、動畫、工程圖、分析評估以及生產(chǎn)用的模型。

2 產(chǎn)品造型設計

2.1 產(chǎn)品造型設計概述

產(chǎn)品造型設計是工業(yè)設計師在遵循實用、經(jīng)濟、美觀、舒適安全、綠色、文化認同等美學原則的基礎上，按照產(chǎn)品定位的既定目標對產(chǎn)品的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、色彩、材料等方面進行全面設計的過程。它包括：產(chǎn)品造型方案設計、色彩與標識設計、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計、產(chǎn)品原型制作、產(chǎn)品人機分析、產(chǎn)品材料與工藝分析、產(chǎn)品價值工程分析等幾部分。

2.2 影響產(chǎn)品造型設計的主要因素

（1）品牌風格的延續(xù)。產(chǎn)品造型設計是實現(xiàn)企業(yè)形象統(tǒng)一識別目標的具體表現(xiàn)，以產(chǎn)品設計為核心展開的系統(tǒng)形象設計，塑造和傳播企業(yè)形象，創(chuàng)造個性品牌，贏利于激烈的市場競爭中。產(chǎn)品不僅能融合企業(yè)的文化理念，而且能夠?qū)⑦@種理念通過造型語義傳達給使用者。例如蘋果公司的產(chǎn)品造型設計堪稱精品設計，其成功因素之一就在于產(chǎn)品的造型設計延續(xù)了簡約、創(chuàng)新、科技的品牌理念，獲得了社會的認同。（2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計的合理性。我們在設計中，尤其是做產(chǎn)品的外觀造型時，往往只做產(chǎn)品的外形而忽略內(nèi)部結(jié)構(gòu)，結(jié)果最后出來的造型變形不符合實際需求。這就與畫素描之前要了解人的骨骼結(jié)構(gòu)是一樣的道理。一方面，結(jié)構(gòu)影響著產(chǎn)品的使用功能，即使用的舒適性和可靠性；另一方面，在很大程度上影響著生產(chǎn)工藝性。結(jié)構(gòu)設計不能理解為純工程問題而忽視內(nèi)部結(jié)構(gòu)在實現(xiàn)實用功能時的人性化訴求，導致設計產(chǎn)品在最終人機關系方面失衡。所以，產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計的合理性及重要性在產(chǎn)品造型設計中的意義是不言而喻的。（3）設計美學法則的運用。形式美法則是人類在創(chuàng)造美的形式、美的過程中對美的形式規(guī)律的經(jīng)驗總結(jié)和抽象概括。主要包括：對稱均衡、單純齊一、調(diào)和對比、比例、節(jié)奏韻律和多樣統(tǒng)一。掌握形式美的法則，能夠使人們更自覺地運用形式美的法則表現(xiàn)美的內(nèi)容，達到美的形式與美的內(nèi)容高度統(tǒng)一。在工業(yè)產(chǎn)品造型設計中，要巧妙地運用這些美學法則創(chuàng)造合乎美學的實用的產(chǎn)品造型。（4）認知心理學維度。隨著生活水平和文化素質(zhì)的提高，人們在購買產(chǎn)品時的心理欲求占據(jù)越來越重要的地位。消費者購買產(chǎn)品時往往受能否滿足他們的心理欲望所左右。因此，產(chǎn)品造型設計要不斷適應人們發(fā)展著的認知心理，產(chǎn)品造型的設計必須以符合消費者的需求和個性心理為目標來進行。（5）生產(chǎn)技術(shù)工藝。工藝性是指，能否用合理的成型方法生產(chǎn)制作所需的形狀、尺寸、精度，即工藝的合理性。造型設計不合理、不合乎生產(chǎn)工藝，就不便于或難以進行機械化生產(chǎn)，從而增加了工時消耗、材料消耗和制造成本，降低了生產(chǎn)效率。一般來說，對稱和簡單的幾何造型，易于加工成型，過于繁雜的造型不利于生產(chǎn)制造。

3 Rhino在產(chǎn)品造型設計中的運用

3.1 草圖的倒入

草圖的倒入功能使得設計人員能夠按照自己手繪的設計方案進行造型設計，提高了建模的速度和準確度。首先在二維軟件（Photoshop、Coreldraw或者Alias等）中進行草圖的繪制，也可以在圖紙上進行產(chǎn)品手繪，然后通過掃描儀掃描到計算機中。將掃描好的圖片導入犀牛軟件（如圖），將其作為造型參考進行三維建模。

3.2 Rhino在產(chǎn)品造型設計中常用的功能

（1）Rhino在曲面造型功能方面非常強大，產(chǎn)品外觀都是以面的形式呈現(xiàn)，準確快速的建立曲面是關鍵，犀牛具有單軌掃掠、雙軌掃掠、網(wǎng)格建面、放樣等十多種命令生成或編輯曲面。（2）修剪命令如刀一般分割曲面，去除掉不需要的造型曲面。切割命令可以將整體造型分割為任意部分而保留外觀曲面，便于對分割的部分進行編輯。（3）有時為了在已完成的造型部分去除掉某一實體形狀的部分，或者將兩個實體合并為一體等，就要運用布爾運算命令，操作完成后得到的也是實體。（4）為了更直觀的分析生成的造型曲面品質(zhì)，曲率分析、斑馬紋、環(huán)境反射貼圖工具都可以很好地觀察到所生成曲面的連續(xù)性，方便進一步的調(diào)整。（5）如果想要得到重復并且按照距離、角度規(guī)律排放的形狀，就要用到陣列工具，Rhino的陣列工具分為環(huán)形陣列和矩形陣列，能夠大大降低繁瑣的建模工作，提高建模速度，得到精確的造型。（6）有時所建模型繁雜，部分形體妨礙建模視線時，可以使用隱藏工具將已完成的部分隱藏，對剩余部分進行操作，當需要顯示時再取消隱藏，這樣可以避免許多不當?shù)腻e誤。（7）當造型建模到某一階段，可以根據(jù)想要得到的預覽效果來選用不同的顯示模式，常用的有線框模式、著色模式、渲染模式、半透明模式、X光模式、半透明模式、工程圖模式、藝術(shù)風格模式、鋼筆模式。

3.3 與其他軟件的完美兼容性

犀牛軟件支持30余種輸入與輸出檔案格式，從常見的NURBS格式的標準IGES曲面檔案、STEP實體檔案、ACIS檔案、PARASOLID檔案、OBJ檔案，到POLYGON格式的3DS、LWO、STL檔案，AutoCAD標準的DWG與DXF文檔，以及點云資料、2D繪圖AI檔案等。其中IGES是工業(yè)標準格式，應用非常廣泛，支持的軟件數(shù)目超過40種。使用者可以針對合作方軟件來選擇要輸出的檔案格式的類型。

3.4 強大的插件功能

插件是Rhino很具特色的一個內(nèi)容，它是一些具有擴展性的小程序，能幫助設計師實現(xiàn)需要花費大量時間和精力才能完成的造型功能。常用的插件例如Tsplines能夠?qū)崿F(xiàn)復雜曲面造型的建模，把原本強大的曲面建模功能提升得更加強大。犀牛配合Grasshopper參數(shù)化建模插件，可以快速建出曲面優(yōu)美的建筑造型。在犀牛中裝入TechGems（珠寶插件），便是一款非常之專業(yè)的珠寶首飾輔助設計軟件。

3.5 與后期生產(chǎn)的接軌

Rhino在產(chǎn)品造型設計中的另一強大功能在于能夠與后期生產(chǎn)制造接軌，而不僅僅只是提供快速的產(chǎn)品外觀建模。比如Rhino導出的模型格式經(jīng)過編輯后可以直接通過日趨成熟的3D打印技術(shù)進行打樣，用來檢驗產(chǎn)品造型的合理性。同時，Rhino具備模具設計的功能，其拔模角度分析工具能檢測能否正確脫模，對于后期生產(chǎn)制造提供更精確的數(shù)據(jù)。

結(jié)語

通過研究分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品造型設計不僅需要扎實的設計經(jīng)驗基礎和對各方面因素的綜合考慮，還需要熟練掌握Rhino軟件的操作。犀牛軟件運用于產(chǎn)品設計中，能夠發(fā)揮出最佳設計效果，為現(xiàn)代產(chǎn)品造型提供快速、高效和準確的設計新思路和技術(shù)，為產(chǎn)品設計師設計的各種產(chǎn)品造型的實現(xiàn)提供了更多的可能。

參考文獻

[1]吳瓊.工業(yè)設計技巧與禁忌[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2]韓勇.犀牛之舞[M].北京：人民郵電出版社，2011.

第5篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計原則范文

LLPC產(chǎn)品工業(yè)設計中需要滿足加工效率高、安全性、良好人機與操控、良好維護性等要求。因此，對應地，設計過程中考慮分析加工各個功能模塊的布局，獲得高效率的加工方式;考慮在設備加工過程中操作人員的安全性問題;考慮人員操作的易用性，獲得良好的精確操作及監(jiān)視需要;考慮使用后的定期維護需要，需要將控制模塊進行獨立布局，而不影響其他模塊。概括地，該產(chǎn)品的特點有:(1)體量大;基于計算機輔助設計的設計方法容易造成尺度把握不當而造成裝配誤差。同時該產(chǎn)品的人機尺度與交互關系成為設計要點，設計過程中應注重計算機數(shù)據(jù)對人機尺度的檢測與驗證。通過分析確定的人機尺寸數(shù)據(jù)輸入前期的模塊化設計中，為后期造型與結(jié)構(gòu)設計作重要參考。(2)零件多;大型機床功能較繁瑣，實現(xiàn)功能的零件多，設計過程中需要利用計算機輔助設計軟件基于零件的三維數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型，佘月明等人對復雜層次關系的造型做了研究，必要時候采用逆向工程方法進行三維數(shù)據(jù)采集。(3)構(gòu)造復雜，需要提前進行產(chǎn)品布局設計;大型機床產(chǎn)品功能模塊多，因此構(gòu)造必然復雜，零件裝配點多而連接關系復雜，因此，在計算機輔助設計時，應先構(gòu)建主體零件，次要零件的尺寸、位置及裝配關系。(4)生產(chǎn)方式與材料特性對造型風格影響大;確定功能模塊的布局后，則需要導入生產(chǎn)方式的考慮，以建立造型設計的基本工程要求。魏專等人研究的造型比例關系在數(shù)控機床造型設計中的應用［6］，提供了一定參考。

2LLPC產(chǎn)品的多目標體系構(gòu)建

針對該產(chǎn)品的多個特點及設計的要求，在產(chǎn)品計劃階段我們對該產(chǎn)品的要求進行目標化，構(gòu)建出多目標的體系，如圖1所示，通過目標體系對產(chǎn)品設計的指導，加強產(chǎn)品的設計的方向和過程控制。圖1多目標體系示意(1)整體性:該部門要求產(chǎn)品具有整體感的結(jié)構(gòu)與外觀設計。產(chǎn)品的復雜性與零件數(shù)量多，要求在產(chǎn)品設計過程中，對整體結(jié)構(gòu)進行統(tǒng)一規(guī)劃，避免產(chǎn)生多個零件群的鏈接關系，及產(chǎn)品設計裝配時考慮都與一個共同體進行鏈接。另外對產(chǎn)品的外觀需要保持整體性，避免結(jié)構(gòu)零件的外露而破壞整體性。(2)維護性:該目標要求是產(chǎn)品應具有靈活的維護性，產(chǎn)品構(gòu)造上可采用模塊化裝配方式，每個模塊相對獨立，如果某個部件出現(xiàn)故障需要維修，只需在對局部該模塊進行修理和維護，不改變其他模塊的鏈接關系，無需拆解整體結(jié)構(gòu)，這與傳統(tǒng)整體式結(jié)構(gòu)相比體現(xiàn)出了高效性、便利性和較低的成本。著名奧運場館水立方的外墻設計采用了模塊化的結(jié)構(gòu)，整體造型的局部每塊覆膜都是獨立裝嵌的，如果某一個模塊受損壞，只需要根據(jù)該模塊編號更換該模塊的一個覆膜即可，維護非常方便。這種理念是設計師在整體風格與系統(tǒng)性因素分析所獲得的。導入維護性目標，在大型激光加工中心產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，系統(tǒng)分析功能模塊與布局。(3)外觀品質(zhì):該目標要求是產(chǎn)品外觀風格設計具有一定品質(zhì)感，框架式構(gòu)造與外殼的加工方式對外觀風格影響明顯，可利用加工方式獲得的造型特點進行整體造型設計，通過外觀主型面的造型分割形成設備品質(zhì)感較強的風格。(4)可靠性:該目標要求是研發(fā)流程可控性好，風險低;基于框架式構(gòu)造的產(chǎn)品設計流程穩(wěn)健可靠，屬于比較規(guī)范合理的產(chǎn)品設計流程，通過對功能布局、整體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)等幾個關鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，確定了整體結(jié)構(gòu)后，該產(chǎn)品設計即可定型，后期的可變因素很小，大大降低了設計風險。在產(chǎn)品周期中，如果那個部件出現(xiàn)問題，可更換或者局部改良，不影響其他零部件品質(zhì)。(5)拓展性:該目標要求產(chǎn)品的更新?lián)Q代可行性。對于大型機床產(chǎn)品，產(chǎn)品的系列化與延續(xù)性對于品牌的戰(zhàn)略尤其重要，單一的產(chǎn)品系列勢必導致片面的市場格局。在保證產(chǎn)品品質(zhì)的基礎上可根據(jù)市場細分，基于同一平臺拓展出不同功能定位的產(chǎn)品。這一策略在汽車品牌的車型開發(fā)中常見。模塊化結(jié)構(gòu)形式有助于功能的模塊化定義，對于影響終端界面的模塊可進行更新?lián)Q代，而共用的基礎部分保持不變，即可根據(jù)產(chǎn)品的系列化定位進行基于平臺架構(gòu)的不同功能組合延展，在不增加太多成本的基礎上實現(xiàn)不同產(chǎn)品系列的拓展。(6)易用性:該目標要求整體產(chǎn)品在人機交互過程中，保證操作人員從尺寸、操作范圍、操作過程等方面便于使用。對于體量大的LLPC產(chǎn)品，人機易用性是產(chǎn)品設計重要的目標。

3多目標作用下的產(chǎn)品框架方式創(chuàng)意

在產(chǎn)品設計的工程結(jié)構(gòu)中，一般會采用單體式結(jié)構(gòu)，即每個主體零件都成為結(jié)構(gòu)的一部分，結(jié)構(gòu)上并沒獨立承重與支持的單體，這種結(jié)構(gòu)方式簡單實用。另一種整體式結(jié)構(gòu)是框架式結(jié)構(gòu)，當需要考慮產(chǎn)品的穩(wěn)定性和擴展性時，可采用這種設計理念，它對產(chǎn)品起整體支撐作用，其他零件則只需設計與它的裝配關系?？蚣苁浇Y(jié)構(gòu)的產(chǎn)品具有便于拆卸、維護、更換、重組、升級等優(yōu)點。LLPC產(chǎn)品設計開發(fā)過程將面臨著模塊布局、人機界面、安全性、操作性、維護性等多個目標要求，多重因素的疊加促使該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)主體成為重要的關鍵點。提出框架式設計理念對以上目標問題進行整合規(guī)劃設計，以求獲得實用功能布局、友好人機關系、便利功能維護、高效操作性的設計結(jié)果，提高產(chǎn)品的品質(zhì)與形象。

4框架式結(jié)構(gòu)應用的可行性對比分析

基于以上初步討論，我們需要將兩者進行對比性分析，尋找框架式理念的優(yōu)勢與LLPC產(chǎn)品多目標要求的吻合度，同時對比傳統(tǒng)單體式結(jié)構(gòu)。大型激光加工中心應用框架式結(jié)構(gòu)設計的可行性是LLPC產(chǎn)品自身的產(chǎn)品特點分別與應用框架式與單體式結(jié)構(gòu)設計對比分析，尋找其多元性系統(tǒng)性的關系，根據(jù)對比結(jié)果評估其應用的對應情況，見表格1。從上表對比可見，框架式結(jié)構(gòu)理念對于LLPC產(chǎn)品的工業(yè)設計具有較好的優(yōu)勢，符合多個目標的要求，此對比情況對于產(chǎn)品開發(fā)初期的規(guī)劃與設計定位具有重要的指導作用。

5設計過程驗證———框架式結(jié)構(gòu)的應用過程

基于多目標體系的構(gòu)建，我們綜合了相關的產(chǎn)品設計方法，應用該結(jié)構(gòu)形式對LLPC產(chǎn)品進行了工業(yè)設計的過程應用，進一步驗證其作用，以多個目標為導向，我們應用了功能定量優(yōu)化設計、人機交互設計、外觀特征造型設計、計算機輔助設計等多種設計方法，研究過程包括:(1)產(chǎn)品規(guī)劃設計初期，我們對所需完成的工作作出一個計劃性安排，流程的規(guī)劃主要包括:功能定量優(yōu)化法優(yōu)化功能分區(qū)與結(jié)構(gòu)機構(gòu)———基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的框架搭接———基于布局方案與品牌形象外化的外觀造型設計———基于裝配與維護的細節(jié)設計———基于計算機輔助評價方法———基于基礎零件標準化的生產(chǎn)監(jiān)控。(2)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)機構(gòu)設計在LLPC產(chǎn)品設計前期，以整體性目標導向，導入框架式理念，對產(chǎn)品進行模塊化布局設計，根據(jù)優(yōu)化的模塊方案，進行了產(chǎn)品框架結(jié)構(gòu)與機構(gòu)的設計，設計結(jié)果見圖2。(3)外觀創(chuàng)意設計完成產(chǎn)品整體框架構(gòu)建后，以外觀品質(zhì)、易用性目標導向，導入生產(chǎn)方式與框架式特指進行外觀創(chuàng)意設計。主要完成內(nèi)容有外觀造型的風格化、色彩方案、人機界面、觀察門的開合方式等。其中重點是在框架范圍內(nèi)根據(jù)合理的人機關系進行功能細化的設計;然后根據(jù)生產(chǎn)方式及產(chǎn)品風格進行外觀造型特征營造設計，設計結(jié)果如圖3所示。(4)零件標準化完成外觀方案設計及三維數(shù)據(jù)建立后，則進行結(jié)構(gòu)設計階段?？紤]到產(chǎn)品裝配過程中涉及到較多的裝配位置及裝配誤差問題，以可靠性目標導向，基于簡化原則。結(jié)構(gòu)零件中的連接零件采用統(tǒng)一標準設計，僅在鏈接孔位預留裝配余地，大大減少了零件數(shù)量簡化了生產(chǎn)工序與裝配流程。連接零件的設計采用可調(diào)式設計方案，裝配時可根據(jù)零件尺寸誤差進行局部調(diào)整。(5)三維數(shù)據(jù)的評估完成LLPC產(chǎn)品整體外觀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)構(gòu)建后，即可基于計算機輔助軟件進行零件裝配，圖4所示，裝配的順序應根據(jù)零件的重要性與尺寸從大到小分別裝配。完成產(chǎn)品整體零件模擬裝配后即可進行結(jié)構(gòu)分析與裝配干涉分析，以驗證數(shù)據(jù)的可靠性與可行性。分析檢查過程中，如發(fā)現(xiàn)零件的干涉(裝配過盈)，則根據(jù)零件的重要性進行逐級調(diào)整參數(shù)。(6)設計完成的產(chǎn)品實物將生產(chǎn)完成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、外觀零件根據(jù)預先設計的裝配流程進行裝配工裝。完成裝配的產(chǎn)品實物如圖5所示，最后根據(jù)產(chǎn)品實物進行人機操作驗證，見圖6。根據(jù)系列設計方法的指導與輔助，完成了多目標導向的框架式結(jié)構(gòu)在LLPC產(chǎn)品工業(yè)設計中的應用研究與實踐，有效驗證了多目標作用的效果與框架式結(jié)構(gòu)在大型產(chǎn)品機床設備中的應用設計可行性。

6結(jié)束語

第6篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計原則范文

關鍵詞：兒童；電子產(chǎn)品；視覺；體驗

1視覺體驗的含義

視覺體驗既是一種普遍的體驗又是一種特定的體驗，在眼睛看的過程中通過一系列抽象過程形成的體驗過程我們通常說的看，是一種生理能力作為最簡單的感知活動，是客觀的對事物的記憶，是外在的一種掃描。視覺體驗是人們接觸社會感受世界的最直接的一種方式，兒童的視覺體驗，例如對事物的認知都是先以判斷事物的顏色、形狀、大小等進行感知，在通過其他的例如重量，體積等進行認知活動，當然全面的了解事物還有堅硬、美麗、柔軟、丑陋等一些心理上的感覺，這些都可以依托視覺進行感官上的體驗，視覺的體驗相對其他感官占得比重最高。

2分析現(xiàn)代兒童的電子產(chǎn)品中體驗學習的視覺要素分類

2.1兒童電子產(chǎn)品中的色彩視覺

色彩對人的感官沖擊很大，也直接影響人的精神和認知取向，在兒童探索世界的階段，色彩是認識世界的重要因素，對兒童的心理健康起到重要的作用，兒童電子產(chǎn)品在設計時期一定要考慮產(chǎn)品色彩的要素，顏色對產(chǎn)品設計具有強大的藝術(shù)魅力，對兒童的教育以及成長起到直接作用。所以，兒童電子產(chǎn)品在設計時一定要根據(jù)兒童心理體驗的需要為基準進行研發(fā)。一般我們印象中電子產(chǎn)品都是感覺比較冰冷的印象，所以在設計兒童電子產(chǎn)品的時候，考慮兒童發(fā)展階段的特征必須打破這種成規(guī)，兒童電子產(chǎn)品在顏色搭配和色彩組合上一定要體現(xiàn)出使孩童感受的新鮮，通過接觸電子產(chǎn)品產(chǎn)生喜愛、好奇等情感，所以設計電子產(chǎn)品的色彩的時候一定要考慮孩童視覺的體驗，單純且明快、完整且鮮明，進行合理的配色。既要能夠使兒童身心健康又要賞心悅目，效果和諧統(tǒng)一。結(jié)合現(xiàn)代心理學孩子的視覺體驗的相關理論，在設計中傳達美的享受，愛的體驗。將色彩運用到和諧能夠讓兒童健康成長，在使用產(chǎn)品的過程中得到快樂愉悅的感受。

2.2兒童電子產(chǎn)品中的形態(tài)視覺

產(chǎn)品的外觀吸引力強是消費者購買的重要因素之一，通過外觀形態(tài)也建立了較好的情感認知，對孩子來說，電子產(chǎn)品的設計在外觀上一定有足以吸引的能力讓兒童感到好奇和引起興趣，拉近距離并且設計產(chǎn)品要充分考慮孩子身心發(fā)展特征，產(chǎn)品設計既要滿足兒童心理需要又要滿足市場的雙重需求。所以根據(jù)兒童形態(tài)視覺的特點，電子產(chǎn)品在設計時優(yōu)先考慮兒童的感受和體驗，讓孩子在使用電子產(chǎn)品時得以滿足和感受愉悅。電子產(chǎn)品設計外形上要選擇適合兒童身心發(fā)展的樣子，符合孩童的形象思維和邏輯思維，因為孩童時期的思維發(fā)展與成人不同，所以在產(chǎn)品形象要求上更為敏感，一般年齡較小的孩子對圓潤的外形，簡單的形象，活潑可愛的風格更為偏好，這也符合孩子當時的視覺體驗的心理，在孩子身心發(fā)展的階段，滿足其強烈好奇心的電子產(chǎn)品或者滿足求知欲的產(chǎn)品加上特殊或心理感受的造型都能收到兒童的喜愛。產(chǎn)品設計的形態(tài)在吸引孩子視線的同時也建立了與孩子聯(lián)系的一種方式，充滿趣味性的電子產(chǎn)品能夠讓孩子身心得到滿足，設計產(chǎn)品的形態(tài)來滿足孩子的趣味心理不是單純地盲目的而是要建立在能夠吸引孩子產(chǎn)生對產(chǎn)品具有強烈認知的基礎上，通過趣味性強的設計來建立，從而引導孩子喜歡和享受產(chǎn)品。外形美觀且大方的造型，結(jié)構(gòu)新穎別出新意，對孩子的審美和藝術(shù)培養(yǎng)都起到較好的作用，兒童接觸較好外形的電子產(chǎn)品還能鍛煉其形象和創(chuàng)造性思維。

2.3兒童電子產(chǎn)品中的結(jié)構(gòu)視覺

產(chǎn)品設計是按照一定的結(jié)構(gòu)方式進行的，兒童電子產(chǎn)品在設計的時候一定要結(jié)構(gòu)簡單不失童趣，對孩子的體驗式要求進行合理的滿足，兒童電子產(chǎn)品通常含有多種電子零件而進行裝配，一定要體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)設計的合理性。在產(chǎn)品設計過程中，根據(jù)孩子自身階段特點，產(chǎn)品設計要容易操作，不要因為操作不當或者零件太多太復雜而造成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)損壞，或者根據(jù)孩子注意力時間短的特點，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計要皮實耐用，設計緊湊，保證使用安全。尤其是結(jié)構(gòu)的安全性，在設計產(chǎn)品中這一點顯得尤為重要，盡量將外觀機身部分進行電子零件的圍封，避免自行打開產(chǎn)品外殼，不要接觸帶電零件。

2.4兒童電子產(chǎn)品中的材料視覺

產(chǎn)品形態(tài)的關鍵是材料，不同的材料擁有不同的特性，在設計中會展現(xiàn)出不同的魅力和品質(zhì)，帶給人豐富多彩的視覺和觸覺體驗。因此，材料的選擇，要合理而巧妙，更好的獲得人們的喜愛。材質(zhì)的變化對帶來視覺體驗上的變化或者提升，這種體驗與觸覺和行為相結(jié)合，能夠在感知的過程中獲得多樣的感官體驗。兒童在經(jīng)過一定階段的觸覺積累之后，很多觸覺上的感觸會抓化為視覺上的間接感受，在大腦中喚起對此種產(chǎn)品材料的感性記憶。兒童獨特的身心發(fā)展特點，要求在材料選擇和外在處理方面要嚴格謹慎，避免對兒童產(chǎn)生不良影響或損害。伴隨著低碳、綠色、環(huán)保等設計理念的出現(xiàn)，兒童電子產(chǎn)品的設計也要遵循這些原則，多使用健康環(huán)保材料，開發(fā)出性能更為優(yōu)越，且兼具時尚潮流等諸多元素的產(chǎn)品。根據(jù)產(chǎn)品概念、兒童心理特征，設計師應通過對不同質(zhì)感絕緣材料的合理選用，增強產(chǎn)品的親和力，調(diào)動兒童的視覺體驗特點，提升其興趣，讓其能夠更加充滿樂趣和好奇心，在與電子產(chǎn)品的互動之間獲得優(yōu)質(zhì)的享受與體驗。

3結(jié)論

電子產(chǎn)品的設計既要考慮兒童視覺體驗，又要滿足兒童健康身心發(fā)展的要求，產(chǎn)品設計得到孩子的認可和喜愛才能長久的生存和發(fā)展。對于產(chǎn)品的形態(tài)，結(jié)構(gòu)，材質(zhì)和色彩都要進行研究，充分迎合孩子生長規(guī)律，體現(xiàn)出產(chǎn)品設計的優(yōu)越性能，通過多種元素相輔相成進而成功的將視覺理論運用到產(chǎn)品研發(fā)中。

作者:金煦陽 單位:河北省唐山市第一中學

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第7篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計原則范文

摘要：高壓氣動電磁閥是地面供氣系統(tǒng)使用的關鍵元件，其可靠性直接關系到運載火箭能否正常完成發(fā)射流程。本文對高壓氣動電磁閥的故障模式進行分析，并對其可靠性改進設計、可靠性試驗以及可靠性評估等技術(shù)進行了介紹，通過一系列可靠性改進設計及驗證試驗工作，使高壓氣動電磁閥可靠性有所增長，并在大型飛行試驗中得到驗證。

關鍵詞：高壓氣動電磁閥；可靠性改進；設計

0引言

高壓氣動電磁閥作為航天領域使用的流體控制元件，已廣泛應用于各型號運載火箭的動力系統(tǒng)。針對運載火箭的關鍵動力裝置及結(jié)構(gòu)，地面供氣系統(tǒng)中使用的高壓氣動電磁閥需要在火箭發(fā)射前完成燃料貯箱增壓、箭上活門控制以及艙間段吹除等一系列重要供氣工作。高壓氣動電磁閥在斷電關閉狀態(tài)下，需要具備密封功能，能夠避免因電磁閥內(nèi)部氣體泄漏而影響整個供氣系統(tǒng)的氣密性；當電磁閥加電開啟時，要求具有快速響應能力，并且在規(guī)定時間內(nèi)實現(xiàn)閥門的完全開啟；電磁閥再次斷電時，特別是經(jīng)過長時間連續(xù)加電工作后，仍需要其快速切換，實現(xiàn)閥門完全關閉。因此，高壓氣動電磁閥的可靠性設計主要集中于密封結(jié)構(gòu)設計、活門往復運動設計等功能、性能穩(wěn)定性的實現(xiàn)上。

1高壓氣動電磁閥基本原理及方案

某型高壓氣動電磁閥采用先導式結(jié)構(gòu)形式，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作壓力高且所需電磁吸力小等特點。該電磁閥主要由電磁鐵、閥體、先導活門、先導活門復位彈簧、先導活門密封元件、主活門、主活門復位彈簧、主活門密封元件等構(gòu)成。電磁閥主要工作原理為：初始狀態(tài)斷電時，入口氣體通過閥體的小通道進入電磁閥的先導部分，由于先導部分的氣動作用面積大于主活門密封面一側(cè)受氣動力的面積，在不平衡面積氣動力的作用下，將主活門關閉，此時電磁閥處于常閉狀態(tài)。通電時，電磁鐵吸合，將先導活門推下，先導部分的進口被先導活門關閉，同時先導部分的氣體通過先導活門的上部出口排入大氣，先導部分放氣，電磁閥的主活門在進口氣動力的作用下打開，此時電磁閥打開供氣。高壓氣動電磁閥主要針對以下功能和性能進行可靠性設計，以滿足高密度發(fā)射的高可靠性要求。

1）高壓氣動電磁閥先導活門應具有良好的密封性能，在斷電關閉狀態(tài)下能夠保證供氣系統(tǒng)與外部大氣環(huán)境隔絕。在加電時，應確保先導流道建壓正常，如果先導活門的密封失效或損壞，則最終影響電磁閥的開啟。因此先導活門密封功能是電磁閥的重要性能指標。

2）高壓氣動電磁閥主活門需具備較高的關閉可靠性，主活門為典型的O形圈動密封結(jié)構(gòu)，因此需規(guī)范設計該結(jié)構(gòu)各參數(shù)，特別是考慮電磁閥溫升造成O形圈摩擦力增大的極端使用工況，保證在電磁閥需斷電關閉時，主活門上方的彈簧復位力能夠克服主活門O形圈的摩擦力，從而避免主活門發(fā)生關閉滯后或無法關閉等故障，保證主活門快速可靠關閉。

2高壓氣動電磁閥故障模式分析

2.1故障分類及判定準則

根據(jù)GJB899A-2009《可靠性鑒定和驗收試驗》的規(guī)定，試驗過程中發(fā)生的故障可分為關聯(lián)故障和非關聯(lián)故障，關聯(lián)故障又可分為非責任故障和責任故障。非關聯(lián)故障是指已經(jīng)證實是未按規(guī)定的條件使用而引起的故障，或已經(jīng)證實屬于某項將不采用的設計所引起的故障。責任故障是指承制方提供的設備、在試驗中出現(xiàn)的關聯(lián)的、獨立故障，以及由此引起的任何從屬故障只算作一次責任故障。它是判決受試設備合格與否的依據(jù)。而非責任故障是由非承制方提供的設備所引起的承制方受試設備故障稱為非責任故障。非責任故障不應作為判決受試設備合格與否的依據(jù)。高壓氣動電磁閥故障判定的準則為：在試驗剖面出現(xiàn)不能完成規(guī)定任務的責任故障。

2.2故障模式分析

根據(jù)以上故障判定準則，對高壓氣動電磁閥故障模式進行分析。首先，通過將高壓氣動電磁閥劃分到零、部組件級別，對其建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹分為頂節(jié)點和分支節(jié)點2層，頂節(jié)點為零件和部組件，分支節(jié)點為部組件的零件。其次，確定故障數(shù)據(jù)源。通過統(tǒng)計歷次發(fā)射任務、大型試驗、出廠試驗、可靠性試驗、其他使用或試驗過程中出現(xiàn)的問題，總結(jié)歷史故障模式主要關閉延遲、無法關閉、內(nèi)部泄漏、外部泄漏；通過對高壓氣動電磁閥的功能性能要求進行分析，考慮功能喪失、性能下降、間歇性故障、非預期功能等潛在故障數(shù)據(jù)，總結(jié)高壓氣動電磁閥潛在故障模式。再次，對上述故障數(shù)據(jù)進行分析、歸類，剔除非關聯(lián)故障，并將故障現(xiàn)象相同但是描述不同的故障數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一化處理，形成唯一的故障模式。在篩選故障數(shù)據(jù)的基礎上，確定故障模式的關鍵字為：內(nèi)部泄漏、外部泄漏、無法打開、無法關閉、打開延遲、關閉延遲。最后，將故障模式與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹連接，將每個故障模式與其相關的所有頂節(jié)點相連，形成高壓氣動電磁閥頂層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與故障模式樹，依次類推，對一級分支節(jié)點按上述步驟進行迭代和遞歸分析，形成一級產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與故障模式樹。

2.3故障模式樹建立

高壓氣動電磁閥各級硬件按照上述步驟進行迭代分析后，形成高壓氣動電磁閥故障模式庫，包括全部的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與故障模式樹。高壓氣動電磁閥的頂層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與故障模式樹，根據(jù)此方法可得電磁閥中包括殼體組合件、主活門、先導活門在內(nèi)的一級產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與故障模式樹。分析結(jié)果表明，對于高壓氣動電磁閥內(nèi)部、外部泄漏故障，受到先導活門結(jié)構(gòu)的顯著影響；對于電磁閥的啟閉可靠性則與主活門結(jié)構(gòu)設計息息相關。

3高壓氣動電磁閥可靠性設計

通過梳理高壓氣動電磁閥故障模式清單，分析各類典型故障的機理，以系統(tǒng)影響最小，以確保對外機械、電控接口不變，安裝固定方式不變、操作方式不變、提升產(chǎn)品可靠性為更改原則，對高壓氣動電磁閥進行可靠性改進設計。

3.1先導活門及相關部位零件結(jié)構(gòu)可靠性設計

高壓氣動電磁閥先導部分的原有設計的密封性能不穩(wěn)定，對先導活門、活門座、柱銷三種零件的配合尺寸要求甚嚴，導向設計不合理，易發(fā)生密封失效問題；二是原設計工藝復雜、加工難度大，且需要特殊表面處理，成本較高，加工周期長；三是原設計產(chǎn)品化程度低，各產(chǎn)品設計存在較大差異，未進行統(tǒng)一化設計。先導部位改進前后主要進行以下改進設計：1）將活門座內(nèi)孔孔徑增大，倒角尺寸減小，將推桿導向（活門座處）延長，提高推桿往復運動的穩(wěn)定性。2）去掉先導活門柱銷，以及推桿下部增加頂桿設計等，可以消除先導活門密封不良的可能性，提高先導活門零部件的工藝性，提高先導部位處的密封可靠性。3）在不影響其工作性能的基礎上，對產(chǎn)品的工藝可行性有了一定改善。例如，改進前先導活門毛坯件為組件，由活門殼體和柱銷組成，需要裝配工序，改進后將其簡化為零件，可機加一體成形；改進前，先導活門的橡膠密封面硫化后，需再對柱銷進行加工，由于尺寸精度要求高，難度較大，改進后取消了此項復雜的加工工序，并采用不銹鋼材料替代原有材料。以上可靠性改進設計能夠消除先導活門密封不良的可能性，提高先導活門零部件的工藝性，提高先導部位處的密封可靠性。

3.2主活門O形圈動密封結(jié)構(gòu)可靠性設計

高壓氣動電磁閥的主活門采用活塞式往復運動結(jié)構(gòu)，主要由閥體、主活門、擋圈、O形圈、主彈簧等相關零部件組成。當電磁閥通電切換至斷電，該動密封結(jié)構(gòu)主要工作原理為：入口氣體經(jīng)過殼體先導通道進入先導腔，向下的氣動力和主彈簧復位力逐漸克服向上的氣動力和主活門O形圈動摩擦力，推動主活門向下運動，逐漸關閉密封。在主活門開始關閉階段，主活門上下氣動力平衡，此時，如果主活門彈簧復位力小于O形圈摩擦力，則存在主活門關閉滯后或無法關閉的風險。為了減少O形圈摩擦力，需要調(diào)整O形圈及溝槽尺寸，從而確定適宜的O形圈壓縮率、拉伸率、容積比等設計參數(shù)，避免出現(xiàn)因O形圈設計參數(shù)不合理，影響O形圈的裝配狀態(tài)，由此可能產(chǎn)生彎曲及扭轉(zhuǎn)，導致增大主活門運動時的摩擦力。同時，電磁閥長期加電造成電磁鐵以及整體的溫升，而O形圈本身采用密封橡膠材料，其體積隨著溫度的升高而逐漸增大[5]，因此長時間高溫作用下，O形圈發(fā)生的非常規(guī)變形對活門不關閉影響也很大。以往試驗結(jié)果表明，某高壓23MPa電磁閥連續(xù)通電8~60h，電磁鐵外殼溫度平衡至70℃，考慮電磁閥內(nèi)外溫差，則可以得到：當O形圈材料溫度升至80℃時，O形圈的體積變化率為2.6%，此時摩擦力增大約20N。根據(jù)QJA77-2011《航天型號用閥門動靜密封設計規(guī)范》設計的主活門動密封結(jié)構(gòu)，對O形圈的摩擦力有很大程度減小，各項設計參數(shù)均符合設計規(guī)范，提高了主活門快速關閉復位的可靠性。

4高壓氣動電磁閥可靠性試驗及評估

4.1可靠性試驗

對于高壓氣動電磁閥來講，前文已分析其主要的失效模式可歸納為閥門無法正常啟閉（或泄漏），因此根據(jù)電磁閥特點，將可靠性特征量選取為滿足工作條件下正常啟閉次數(shù)。高壓氣動電磁閥可靠性的試驗剖面是將試驗件進行綜合環(huán)境應力下（環(huán)境溫度、工作壓力、工作電壓、工作時間等綜合影響）的啟閉試驗，達到規(guī)定動作次數(shù)后，復測試驗件的性能。高壓氣動電磁閥可靠性試驗剖面設計：按100次一個循環(huán)進行試驗，每100次變換綜合環(huán)境應力配置方式，對每套投試產(chǎn)品進行4800次綜合環(huán)境應力剖面下的啟閉試驗。其中，結(jié)合產(chǎn)品對溫度變化的適應能力，同時為了實施方便（產(chǎn)品冷、熱浸的穩(wěn)定時間約4h，如果頻繁變溫會導致試驗周期長），高、低溫應力分別實施，高溫、低溫情況下產(chǎn)品各啟閉1000次；工作壓力按額定工作壓力；工作電壓按上拉偏值、額定值、下拉偏值每100次、200次、100次往復循環(huán)。

4.2可靠性評估

高壓氣動電磁閥是多個零部件組成的整體，各個零部件的失效有獨立性也有相關性，且每一零部件失效導致整個供氣閥件的失效；同時，高壓氣動電磁閥無恒定失效率的零部件，無定期維修的零部件。鑒于以上特點，結(jié)合工程經(jīng)驗，選擇高壓氣動電磁閥的可靠性分布類型為威布爾分布。

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第8篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計原則范文

關鍵詞：滾筒；結(jié)構(gòu)；設計

1 滾筒結(jié)構(gòu)設計中傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計方法與存在的缺點

用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方法進行設計時，首先要根據(jù)以往的設計經(jīng)驗及判斷來確定滾筒的結(jié)構(gòu)形式，一般指結(jié)構(gòu)布置、材料的選擇、制定尺寸及制定相應工藝；其次是全面分析其結(jié)構(gòu)；最后在滾筒成品生產(chǎn)完成之后才可以進行校對工作，一般都是通過力學模型來檢測其強度是否符合規(guī)定條件，并對一些參數(shù)進行適當修訂。由此可以得出結(jié)論：在傳統(tǒng)設計理念中，缺乏合理的更新，只將結(jié)構(gòu)分析視為校對及檢驗的工具。

由此可以分析傳統(tǒng)設計中存在的缺陷是：（1）在有限的校對過程中，單次校對時間長，難度高，工作量大等問題，直接給設計人員帶來困難；（2）材料分布情況不能得到有效合理的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，對于提出理想的經(jīng)濟適用的方案有很大難度；（3）大量的精力都投入到初始設計方案當中，因此如果原則性問題出現(xiàn)在初始方案中，就會給整個設計帶來不良影響，從而無法保證正確性，在年輕的設計師中，缺乏經(jīng)驗，壓力又大。

2 滾筒結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化現(xiàn)狀

利用數(shù)學思想中的函數(shù)編程求解是滾筒結(jié)構(gòu)設計得到優(yōu)化的一個重要方式。利用數(shù)學思想，將數(shù)學模型運用到相應的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化當中，然后同樣設置參數(shù)及目標函數(shù)，并且將約束條件抽離出來，進而可以將位置數(shù)值確定下來。通過此法得到的參數(shù)值可以達到使用條件標準，對細部尺寸進行參數(shù)化，進一步通過三維軟件進行討論，理論上可以實現(xiàn)最終目的，即優(yōu)化滾筒結(jié)構(gòu)設計。

雖然當前已經(jīng)經(jīng)歷過很多的實驗，然而，滾筒設計仍然不能在參數(shù)上給出最優(yōu)化的一系列參數(shù)，在設計的過程中，設計人員僅僅改進了單一的零部件結(jié)構(gòu)，以及研究其在整體結(jié)構(gòu)中起到的作用及造成的影響。截至目前為止，仍然沒有一套完整的參考設計方法可以應用到帶式輸送機整體參數(shù)的系統(tǒng)設計，優(yōu)化所有零部件，特別是優(yōu)化設計細部參數(shù)部分，裝配方式組成的滾筒結(jié)構(gòu)模式，有利于展開理論分析及參數(shù)驗證整體結(jié)構(gòu)，進而可以對所有參數(shù)組合進行最優(yōu)的設計。考慮到整體結(jié)構(gòu)的效果，設計員們都將思路集中到優(yōu)化思想上，在滾筒設計研究課題中，這種思想極具突破性，值得人們關注并實踐。

3 改向滾筒的優(yōu)化設計

在滾筒設計優(yōu)化的過程中，是徹底的將滾筒功能加以應用，仍然利用托輥為原型，利用托輥運動原理將滾筒設計為軸承內(nèi)置形式[1，2]，在進行設計的過程中，主要思考方向是對結(jié)構(gòu)的設計，對受力的分析，同時進行理論驗證；在結(jié)構(gòu)設計方面，主體內(nèi)容是在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)中應用到軸承內(nèi)置理論，目的是實現(xiàn)突破改向滾筒的設計結(jié)構(gòu)；然后利用對受力程度的分析來檢驗優(yōu)化設計滾筒結(jié)構(gòu)的功能是否可以在實際中應用，是否具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，同時能夠?qū)崿F(xiàn)同等運力的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參數(shù)，因此此項工作急需解決；接下來理論驗證就要通過全面比較軸承外置式和軸承內(nèi)置式兩種滾筒得出結(jié)論：改向滾筒的設計理念具有一定的優(yōu)越性，同時還要找出這種理念下存在的問題及不完美的地方。綜合所有信息對改向滾筒設計進行整體的評價[3]。

帶式輸送機在進行常規(guī)作業(yè)時，改向滾筒在整個運行過程中擔負著端部變更運輸方向的角色和增加輸送帶在傳動滾筒上的包角， 同時利用改向滾筒拉緊裝置從而達到張緊效果，實現(xiàn)其作用。在這三種功能作用不同的情況下，人們之所以稱其為改向滾筒，是由于改向的功能體現(xiàn)在不同位置上，同時滿足改向滾筒的受力分析，其承擔的壓力及摩擦力僅來自其上部的張緊力，并且不會受到來自主動力方向力的作用。出于對以上兩點的考慮，在輪轂和軸中間放置軸承，避免軸隨整個滾筒一起轉(zhuǎn)動，此方法既可以實現(xiàn)改向滾筒的作用，還起到固定軸的作用，有利于實現(xiàn)整體滾筒的定位及受力強度的平衡[4]。

結(jié)合以往常用軸承外置式滾筒結(jié)構(gòu)，以及基于創(chuàng)新的想法，現(xiàn)在所設計的軸承內(nèi)置式改向滾筒新結(jié)構(gòu)由軸座、軸、筒皮、接盤、軸承、透蓋、密封圈Ⅰ和密封圈Ⅱ構(gòu)成，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1：

圖1 新型改向滾筒結(jié)構(gòu)示意圖

設計軸承座時，借鑒聯(lián)軸器的連接方式，在兩端軸座與軸之間采用鍵連接，接盤由輻板和輪轂兩部分結(jié)構(gòu)通過焊接技術(shù)使之成為一體結(jié)構(gòu)，接盤與筒皮的連接方式則采用現(xiàn)如今比較可靠的埋弧焊接方式焊接而成，新設計結(jié)構(gòu)中接盤與透蓋通過螺栓連接，接盤與軸承采用過盈配合，軸承與軸也是采用過盈配合，配合尺寸滿足接盤的內(nèi)徑比軸的外徑大，透蓋的內(nèi)徑比軸的外徑大，而軸承則設計于接盤的內(nèi)部，透蓋的主要任務是用來保證內(nèi)部軸承的干凈不被污染，為了防止雜質(zhì)等進入軸承，保障軸承的壽命，密封的作用則尤為重要，所以結(jié)構(gòu)設計時設置了兩個密封圈，（如圖2）密封圈Ⅰ設在接盤與軸之間，密封圈Ⅱ設在透蓋與軸之間。

圖2 新型改向滾筒局部示意圖

由上述本實用新型的技術(shù)方案可以看出，文章所述的新型改向滾筒，在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)軸承外置式改向滾筒的結(jié)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)設計簡易合理，同時在生產(chǎn)以及現(xiàn)場應用上更為簡便，對提高產(chǎn)量以及現(xiàn)場安裝應用測試等操作提供了極大地空間和便利。新型改向滾筒的受力分析[5]：改向滾筒受力為：輸送帶所受的張緊力引起的對改向滾筒的壓力P和兩者之間的摩擦力Ff。兩種滾筒受力相比，新型改向滾筒比傳統(tǒng)滾筒少受到一個主動力矩的作用。

在傳統(tǒng)滾筒進行受力分析的過程中可以得知，筒皮中點被視為筒皮的危險處，同時在輪轂輻板附近位置有較大的應力，無論從現(xiàn)場使用情況還是從經(jīng)驗方面，能夠滿足輻板附近位置的筒皮強度即可，根據(jù)現(xiàn)場真實狀態(tài)來選擇型號，并且仔細確認參數(shù)，接下來即可利用有限元分析軟件展開模擬滾筒的現(xiàn)場操作。

在進行滾筒設計的過程中，設計員們就全面注意滾筒性能方面的穩(wěn)定可靠，滾筒運行過程中保證筒體運轉(zhuǎn)，同時保證軸不轉(zhuǎn)，在任何情況下，都要保證筒體、軸、軸承及軸承座可以在同一圓心下運行。載負力始終由兩個軸承均勻受載。相較于傳統(tǒng)通用的改向滾筒兩邊的軸承和軸承座，都設置在滾筒體兩側(cè)外面的軸端處，筒體通過軸和軸承以及軸承座與輸送機的鋼架相連接有更大的優(yōu)越性。傳統(tǒng)的軸承外置式改向滾筒，在運轉(zhuǎn)時筒體和軸一起轉(zhuǎn)動，對軸承座的安裝定位，正確性要求很高，稍不注意，就容易出現(xiàn)偏心，使得軸和軸承，軸承座三者不在同一個圓心上，軸承上受力就容易偏離軸承的中心線，增加了軸承的旋轉(zhuǎn)阻力，容易造成軸承的局部磨損加速導致軸承的損壞。另一個細節(jié)就是為了糾正皮帶跑偏現(xiàn)象不得不改變改向滾筒原有的定位點，容易使得軸承受力點偏移，造成軸承損壞。經(jīng)過改進后的滾筒結(jié)構(gòu)，不論在何種工況下，軸，軸承，軸承座都在同一個圓心上運轉(zhuǎn)，減少了旋轉(zhuǎn)阻力，降低了材料消耗和制造成本，降低運轉(zhuǎn)時的能量消耗，延長了軸承的運轉(zhuǎn)壽命，保持了良好的運轉(zhuǎn)性能，安全可靠性高。

參考文獻

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第9篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計原則范文

關鍵詞：綠色設計；產(chǎn)品設計；資源環(huán)境；可持續(xù)

設計是人類與生俱來的本能，是人類特有創(chuàng)造力和智慧的產(chǎn)物，是早于科學的一種自發(fā)需求所帶來的行為創(chuàng)造。二次工業(yè)革命之后，人類社會的生產(chǎn)力和生產(chǎn)水平得到極大的發(fā)展，傳統(tǒng)的企業(yè)為了提高自身直接經(jīng)濟效益的獲取速度，致力于工業(yè)加工制造，利用廉價勞動力大肆開采制造，造成極大的資源浪費以及環(huán)境破壞。在面對日益嚴重的環(huán)境問題的今天，我們不得不調(diào)整設計生產(chǎn)的整體思路，將綠色設計理念滲透到各個設計環(huán)節(jié)中，走可持續(xù)化道路，綜合各種設計手法，找到人與自然環(huán)境間的平衡點，在保證環(huán)境效益的基礎上不斷提高產(chǎn)品設計的品質(zhì)與服務。

一、產(chǎn)品的綠色設計簡述

狹義上的綠色設計是以資源、能量、環(huán)境是否最優(yōu)化為核心的設計過程，即在確保產(chǎn)品的環(huán)境效益與屬性（對環(huán)境無危害或少危害、確保人體安全健康、產(chǎn)品可拆卸性、產(chǎn)品回收性等）的基礎上再考慮產(chǎn)品的商用效益與屬性（銷售價格、市場價值、用戶需求、使用性能、售后服務等）。而從廣義上來判斷一件產(chǎn)品是否“綠色”，則需要判斷該產(chǎn)品在提高效率、降低成本與延長生命周期這三方面是否得到體現(xiàn)即可。傳統(tǒng)企業(yè)的產(chǎn)品生命周期指從產(chǎn)品概念形成到產(chǎn)品廢棄這一過程，設計師沒有考慮或很少考慮產(chǎn)品廢棄后的處理問題；而綠色產(chǎn)品有別于這種“搖籃墳墓”周期模式，而是“搖籃回收再現(xiàn)”，設計師在設計某種產(chǎn)品的過程中，不僅需要把握相應的用戶需求，還要考慮產(chǎn)品在整個生命周期過程中（包括調(diào)研階段、設計階段、產(chǎn)品試制階段、生產(chǎn)階段、銷售階段、用戶使用階段、產(chǎn)品維修階段等等）有可能產(chǎn)生的各種廢棄物以及產(chǎn)品在其生命周期結(jié)束后如何報廢處理或是回收再生產(chǎn)等一系列問題的應對措施（如圖1）。將綠色設計理念滲透于各個設計階段中，設計師在設計之初就應考慮到產(chǎn)品需要用到的材料、設計手法以及制造工藝，產(chǎn)品在各生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中可能產(chǎn)生的廢棄物種類、相應的處理措施、如何替代有毒物品、產(chǎn)品合格標準、報廢產(chǎn)品的管理方案，等等。合理的預解決方案和宏觀調(diào)控的設計方式有利于產(chǎn)品設計開發(fā)的順利實施，有助于更好地實現(xiàn)產(chǎn)品的商用價值。

二、產(chǎn)品綠色設計中的"三R"原則

“三R”即Reduce、Reuse、Recycle，分別代表“少量化、再利用、資源再生”的意思?！吧倭炕痹O計原則要求減少資源浪費與能量消耗，產(chǎn)品設計師在產(chǎn)品設計開發(fā)的過程中應盡可能地考慮到各種能源物質(zhì)上的消耗（包括材料、能源、時間、空間以及人力等消耗），并通過優(yōu)化造型結(jié)構(gòu)、標準化零部件以及簡化工藝難度等方式減少相應的能耗，提高生產(chǎn)效率。例如，如果能夠減少生產(chǎn)的工藝復雜度，則消耗的能量和管理難度都會降低，質(zhì)量的安全隱患系數(shù)以及維修難度也會隨之降低。因此，設計師應盡量使用大批量生產(chǎn)的標準件而避免個性化生產(chǎn)的自制件，同時多方驗證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理性，減少不必要的多余結(jié)構(gòu)，這樣能夠簡化生產(chǎn)復雜度與材料使用，在精簡結(jié)構(gòu)的同時不影響產(chǎn)品的造型與使用情景以滿足減少能量消耗和工作量并提高工作效率的生產(chǎn)需求。并在某件產(chǎn)品的設計與開發(fā)的過程中要遵循以下幾點“少量化”設計原則：一、精簡產(chǎn)品機構(gòu)，減少功能過剩和材料濫用；二、提高生產(chǎn)效率，降低能源消耗，盡量選用太陽能、風能等可再生能源而非汽油等不可再生能源，保證在產(chǎn)品的整個生命周期循環(huán)中能耗的低耗高用；三、材料選取合理，營銷方式得當，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下降低產(chǎn)品的成本；四、在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)使其對環(huán)境造成的影響最低?！霸倮谩痹O計原則也可理解為產(chǎn)品的零部件具備再次使用性（維修/替換），這就要求：一、產(chǎn)品在使用過程中其整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不易被破壞；二、對易于損壞的部件有可替換部件或可維護措施。例如黑色簽字筆的筆頭損壞后可以替換筆芯；手機摔落導致碎屏后可維修換屏，鍵盤的按鍵損壞之后，只需要替換掉該按鍵即可，而不至于整個鍵盤都得報廢處理等。“資源再生”設計原則著重強調(diào)的是產(chǎn)品報廢后的處理問題，能否回收再利用與產(chǎn)品部件的材料及回收工藝息息相關，這也對該產(chǎn)品的材料管理提出了一定的要求，例如具有有害物質(zhì)的材料應與無害物質(zhì)隔離分開放置；報廢后的產(chǎn)品應便于拆卸（非破壞式拆卸），將可用的部分回收，不可用的部分通過合理的方式處理，最大程度降低它對環(huán)境的影響度等。

三、產(chǎn)品的綠色設計方法

綠色設計作為一種設計思想指導理念，在現(xiàn)今能源消耗嚴重，環(huán)境日益惡化的大情境下，愈來愈多的設計師意識到產(chǎn)品的綠色設計的重要性，潛移默化地在自己的產(chǎn)品設計開發(fā)中遵循綠色設計的原則.綠色設計旨在引導設計師在設計產(chǎn)品時考慮到人類文明與自然生態(tài)環(huán)境之間的平衡點，旨在鼓勵設計師運用前端的技術(shù)以及不同于傳統(tǒng)的設計思維既保證了產(chǎn)品的商用價值又減少了其能源消耗，既滿足了人類生活需求又不破壞生態(tài)環(huán)境。這種綠色設計理念符合現(xiàn)代設計價值觀，符合可持續(xù)社會發(fā)展觀，符合現(xiàn)代用戶綠色生活的需求，是現(xiàn)代企業(yè)參與市場競爭的強大武器之一。

（一）材料的選擇

綠色設計理念講究在產(chǎn)品設計開發(fā)全過程中對環(huán)境無危害或少危害、保證開發(fā)者與使用者的安全和健康，而一件產(chǎn)品材料的選擇作為產(chǎn)品設計開發(fā)全過程中最早也是最重要的一環(huán)，它決定了產(chǎn)品在生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生各種物質(zhì)如何解決的關鍵點。設計師應轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)的選材思路，宏觀地把控各個設計階段，在設計的開始就要考慮到產(chǎn)品用料的環(huán)境性能以及其在不同工序下產(chǎn)生不同物質(zhì)后的應對措施，盡量選取低耗能、可再生、少污染且報廢后便于回收利用或易于降解等材料。

（二）產(chǎn)品部件的可拆卸性設計

產(chǎn)品的可拆卸性設計是綠色設計理念應用于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設計中的一項重要體現(xiàn)，快速且無破壞性的拆卸產(chǎn)品部件，有利于保證易于損壞部件的可替換性以及提高損壞部件回收的高效性。產(chǎn)品的可拆卸性設計需要滿足以下幾點原則：1.以最短的時間拆卸產(chǎn)品。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)盡量簡化，采用簡易的固定結(jié)構(gòu)，避免種類繁多的自制零件，盡量采用批量化的標準零件裝配，避免不同種類材料相互嵌套裝配等。2.易于操作。拆卸面方便抓取。3.減少破壞。產(chǎn)品各部件結(jié)合與拆散過程可逆，避免拆散零件會對自身造成損壞或者對其他零件做成損壞。4.減少零件種類。產(chǎn)品的設計開發(fā)過程中，盡量使用國家標準零件，并減少零部件種類，避免增加不必要的組裝難度，增加各零部件在配合上的和諧型與通用性。

（三）產(chǎn)品部件的回收性設計

產(chǎn)品部件的回收性設計是產(chǎn)品的綠色設計過程中必不可少的環(huán)節(jié)之一，其目的依然是通過產(chǎn)品設計時充分考慮產(chǎn)品零部件材料在報廢后的回收可能性、回收處理方式、回收費用等問題及相應處理方法達到節(jié)約材料、減少浪費、降低環(huán)境污染的作用，是少量化原則的體現(xiàn)之一。在綠色產(chǎn)品的回收設計中，可回收材料及其標志的設計、可回收工藝與方法的設計、可回收性經(jīng)濟的評估以及可回收性產(chǎn)品部件的結(jié)構(gòu)設計是主要的設計思路。現(xiàn)代設計中分類回收處理、以舊換新、鼓勵用戶循環(huán)利用等方式都算是面向產(chǎn)品的回收性設計手法。

（四）產(chǎn)品的綠色包裝設計

現(xiàn)代產(chǎn)品設計師的職責不同于傳統(tǒng)僅僅設計產(chǎn)品本身，從產(chǎn)品概念形成到生產(chǎn)制造再到銷售服務以及最后的報廢回收等各環(huán)節(jié)都在產(chǎn)品設計師的設計范疇內(nèi)，產(chǎn)品的綠色包裝設計與設計產(chǎn)品時貫徹的綠色設計思想如出一轍，是基于對環(huán)境保護的角度，低耗高能，用最環(huán)保、最少量的材料包裝產(chǎn)品，表達出內(nèi)部產(chǎn)品的主要信息。例如，同樣是飯盒，以前的飯盒隨意丟棄后無法降解，焚化處理更會產(chǎn)生嚴重的污染，而現(xiàn)在的飯盒不僅保證了其實用性還采用了便于降解和回收的環(huán)境友好型材料，一舉兩得，有更高的生態(tài)學效益以及商業(yè)價值。

（五）產(chǎn)品的綠色成本評估

綠色產(chǎn)品在評估成本時，不僅需要考慮其設計與開發(fā)、運輸、銷售等費用，還需要考慮到其產(chǎn)生污染物時相應的應對措施以及回收利用所消耗的工藝、人力物力等費用。因此，企業(yè)在進行產(chǎn)品的綠色設計時，應對設計的每個階段的成本做好量化分析，分析比對各種材料、加工制造方法等帶來的環(huán)境收益，使產(chǎn)品更加“綠色”，從而達到追求環(huán)境效益與商業(yè)價值共贏的目的。

四、結(jié)語

面對資源日益緊缺的今天，綠色設計響應可持續(xù)化生產(chǎn)發(fā)展道路，是現(xiàn)代設計發(fā)展的必然趨勢，設計師理應順應這種設計潮流，將綠色設計理念融入自己的專業(yè)設計中，對傳統(tǒng)設計的不合理之處加以改良設計，對當下產(chǎn)品的材料提出合理的建議與意見，既保證了產(chǎn)品設計的環(huán)境效益性又能夠帶給用戶更為舒適的使用感受，運用設計的力量平衡人與自然間的關系，為人們帶來更高質(zhì)、更安全的未來。

作者:劉智 曾勇 單位:南京工業(yè)大學藝術(shù)設計學院

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