产品结构设计原则精选(九篇)

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第1篇：产品结构设计原则范文

关键词：产品；结构；设计；要素

1产品的基本结构要素

在当今的产品设计中，形式、功能和技术被认为是产品构成的三大要素。产品的形式就是产品借以展现的样式、状态，主要是指产品的外观形态，产品形式本身就是作为产品功能的一种反映而存在，在产品设计这一极具创造力的活动中，功能是一件产品最重要的本质所在，任何产品之所以有价值就是因其功能的实现，没有功能的产品就不能称之为产品；技术是指实现产品的形式及实现产品功能的手段和方法。而与产品三要素息息相关的就是产品的结构设计，产品结构设计直接影响着产品的形式、功能和技术，合理的结构设计可以使产品的外观形态展示的更加完美，合理的结构设计可以使产品的功能更加合理，也可以使技术更加简单，所以结构设计是产品设计中的重要组成部分。

2产品结构的相关要素

产品设计的目的，就是要创造出既要满足功能价值也要满足审美价值的产品，在这两个要素中，功能是产品的本质，产品设计的首要目的就是实现其功能，而保证产品功能得以实现的，重要的就是结构。结构决定了产品的功能，结构也丰富着产品的形态。结构是设计别应该加以重视的环节。结构设计的巧妙与否与以下要素有关：

2.1产品结构与功能

a品的功能通过结构体现出来，结构的变化可能导致功能的变化，可以做一个形象的比喻，把结构系统比喻成产品功能实现的硬件，它是实现产品功能的前提，反映了设计对象是由哪些零部件构成以及如何构成的，各个零部件之间的相互关系。功能系统比喻成是产品功能实现的软件，是隐藏在结构系统之中，只有通过产品的使用才能体现出来。消费者在购买商品时，看到的是产品的结构以及由结构所确定的产品整体外形，真正需要的是产品的功能，是产品设计最本质、最核心的东西，是设计者和使用者最终追求的目标。产品的功能与结构相辅相成，不可缺少。设计师在设计产品时，不能一味追求产品的功能而忽略实现产品功能的结构，应考虑结构的可实珊性。

2.2产品结构与形态

产品的形态是指产品的形式与状态。产品的形态是以人的感受方式将产品的内在性能体现在人的知觉上，产品的形态处理是一种形式美的手段，产品形态上的处理本质上就是结构上的设计，产品的设计不仅要满足功能要求，而且还应考虑产品造型的美学价值，使之对人产生吸引力。从心理学角度看，人60%的决定取决于第一印象。技术产品的社会属性是商品，在买方市场的时代，为产品设计一个能吸引顾客的外观是一个重要的设计要求；同时造型美观的产品可使操作者减少因精力疲惫而产生的误操作。考虑造型时，应注意下述三个问题：（1）尺寸比例协调。在结构设计时，应注意保持外形轮廓各部分尺寸之间均匀协调的比例关系，应有意识地应用“黄金分割法“来确定尺寸，使产品造型更具美感。（2）形状简单统一。结构设计时，应使这些形状配合适当，基本形状应在视觉上平衡，接近对称又不完全对称的外形易产生倾倒的感觉；尽量减少形状和位置的变化，避免过分凌乱；改善加工工艺。（3）色彩、图案的支持和点缀。在机械产品表面涂漆，除具有防止腐蚀的功能外，还可增强视觉效果。恰当的色彩可使操作者眼睛的疲劳程度降低，并能提高对设备显示信息的辨别能力。

2.3产品结构与稳定性

所谓结构的稳定性就是指结构在荷载作用下维持其原有平衡形式的能力。结构的稳定性是结构设计的重要因素之一，只有结构稳定的产品才具有长期使用性。在产品结构设计时，应尽量遵循以下原则来增加产品的稳定性。（1）调整产品结构的形状，使产品支撑面增大，支撑面积越大产品越稳定，这就是课座椅腿经常外倾的原因，主要是为了增加其支撑面积，从而提高产品的稳定性。（2）调节产品重心的位置，在竖直方向，产品重心越低产品越稳定，在水平方向，产品重心越靠近产品中心产品越稳定，这也是不倒翁之所以不倒的原因，就是因为它的重心接近地面。同时在产品设计时，为了提高产品的稳定性，应尽量减少使用细长杆件。（3）尽量利用三角形框架或其他稳定性组合结构来增加产品稳定性。在我们生活中，有很多这样的例子，例如照相机托架展开后为多个三角形的组合体。

结构的稳定性在日常生活中有着广泛的应用，一方面人们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载，另一方面又利用不稳定的结构实现某些功能。如在地震多发地区，人们将啤酒瓶之类的物体倒置在地上，利用这一不稳定的结构实现预报地震的功能。

2.4产品结构与强度

产品设计应满足强度要求，所谓强度就是指产品能抵抗外力的能力。要使产品具有符合要求的强度，就必须要考虑产品的选材、结构的形状及连接方式。（1）强度与材料有关。材料种类不同，其结构强度就不同。金属、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革构成的结构强度都不同，所以要根据产品的使用场合及受力情况进行合理选材。（2）强度与材料结构的形状有关。材料的截面形状不同，其结构强度也都不同。通常实心材料如果横面积相同，矩形材料边长方向的抗弯强度要比圆形材料高；而截面积不相同的空心材料要比实心材料的抗弯强度高，这就是自行车架通常用空心管材的原因，不但可以减少重量，还可以增加抗弯强度。（3）强度与构件之间的连接方式有关。构件之间的连接方式通常有活动链接和固定连接两种。机械连接、焊接、粘结属于固定连接；移动连接、转动连接属于活动连接。通常在做结构设计时，要避免连接处为产品受力处，以免加速产品损坏。在产品造型设计中，连接的目的就是为了将不同形态的构件衔接在一起，从而使产品能够发挥其功能，是产品的重要结构之一。在选择分割连接位置时，应尽力避免产品受力处，应选择在非受力点，从而增加产品的使用寿命，而能够达到同一种效果的连接的方式并不唯一，这就要求设计师根据产品特定的环境进行选择，在满足强度要求的前提下遵循的主要原则为以加工工艺简单、安装拆卸便利为原则。

2.5产品结构与受力

我们根据产品结构形式上的不同，可以将产品结构划分为实体结构、框架结构和壳体结构。所谓实体结构是指一般是实心的，特点是外力分布在整个体积中，能够承受比较大的力，这种结构可以应用在受力较大的场合，例如重工机器中。框架结构是指形态比较简单，主要由细长的构件组成，特点是支撑空间而不充满空间，主要承受水平或垂直方向的力。例如置物架等。这类产品因受放置物品的重力作用，需要加强两侧立板的强度。壳体结构：指层状的结构，能够巧妙地将外力分散到整个表面，根据这一特征，壳体类产品在选择加工材料时可以适当降低材料的厚度，目前塑料材质的壳体类应用较多。产品设计时应先分析产品的受力，根据其受力方式选择合适的结构。

第2篇：产品结构设计原则范文

关键词：光学镜头 产品结构设计 注塑成型工艺 精密机加工 刀具设计

随着影像技术的高速发展，人们可以随时随地地将身边正在发生的事情、景物和人物录制在自己的相机或手机里。而这些高科技产品的核心零件正是有着高精度的光学元件。以往这种光学镜头都以玻璃为主材，但玻璃难免存在质量大、脆性大、价格高等缺点，因此近年来人们开始选用聚合物材料代替玻璃镜片，并逐渐应用在通信行业、医疗器械、汽车工业，以及信息行业。而能否实现批量生产关键在于注塑成型。

众所周知，注塑成型广泛用于塑件批量生产，但传统注塑成型技术难以达到光学元件的精度。若要达到所需的尺寸公差和表面质量，必须优化整条工艺链。经过多年的研究，如今可以通过精密注塑成型技术制成功能更多、价格合理的精密光学元件，满足市场的需求。

研究注塑成型工艺，能够发现精密注塑成型与传统注塑成型相比有六个明显不同。

一、产品结构设计

为了获得最佳的表面质量和最小的尺寸公差，产品结构设计是非常重要的。产品设计也标明塑件的尺寸公差。从一些经验得知，常见的设计原则如下：避免塑件局部壁厚，产生缩孔；控制最小壁厚的尺寸（材料决定）；在光学元件起作用的表面不能有孔、槽位等，防止形成熔接痕；壁厚变化不能太大，选择平稳过渡；保持塑件壁厚

均匀。

由于塑料的稳定性比玻璃要差，所以塑料镜头折射率的准确性要比玻璃镜头低。一般而言，标准环境条件下，塑料镜片的折射率变化范围大于1%，而折射率的变化将会引起镜头焦距的变化。从物理实验可知，常见球面镜头的焦距是由折射率n，镜头厚度T和球半径R决定的，而且这三个参数对焦距的影响各不相同，其中又以折射率n影响最大。为了减小折射率的变化，在设计时必须严格标明镜头的形位公差和加工精度。

二、刀具设计

刀具设计与产品设计同样重要，切削效果会直接反映在塑件表面上。当塑件的精度达到微米级（μm）时，刀具的尺寸公差必须低于1μm。虽然这对于刀具设计不是一个简单的事情，但还是有许多刀具单元可供选择的。有一点值得注意的是：尺寸稳定的刀具需要高强度的材料，而且该材料能适应各种热处理工艺，而后者的重要性往往被忽视。实验证明，如果硬化钢的金相组织从奥氏体向马氏体转变的过程并没有完全结束，材料的微观结构会发生变化，引起宏观的尺寸变化，即使在没有受载荷的情况下，也会发生0.01～0.001mm的变形。

三、注塑成型设备

注塑成型设备是整条工艺链的一个重要组成部分。注塑设备能够熔融、塑化聚合物，使其注入模具，不断循环。它需要精准地控制每一个工艺参数，例如注射温度、注射量、注射速率、型腔压力等等，注塑设备的精度决定了塑件的成型精度。

精密注塑成型设备是一个闭合回路，它的运作完全受那些参数控制。注塑成型时，每一个机械动作都必须准确无误（例如两块模具安装板移动时的平行度），而且设备上所有的零部件都要求高度的稳定性。由于成型设备的驱动单元由电力传动，在精确性和复现性方面有明显优势，适用于精密注塑成型。

四、模具车间的加工能力

除了设计元素，精密加工也是注塑成型一个非常重要的部分。模具加工必须经过精密的机械加工和紧密配合的装配流程。如果没有好好控制这一部分尺寸公差，后期的注塑成型加工将难以再修复塑件的尺寸公差，或者允许调节的注塑成型参数范围更窄了。随着高速切削的发展，可以预测，精密高速多轴铣削加工将慢慢取代EDM（放电加工）。

为了使模具镶件达到质量要求，可采用单晶金刚石作为机夹车刀的刀粒进行车削加工。金刚石车削的最大缺点是不能直接切削黑色金属，例如钢铁，因为铁会使金刚石磨损相当快。目前，一些企业在热处理工艺方面做了一些研究，就是通过改善合金工具钢的切削性能以达到单晶金刚石车削的效果。从初期的结果看起来非常有希望。当然我们还必须留意车削或铣削刀具本身，因为硬质合金车刀经过高速车削后，刀刃会磨损，就需要采用精密磨刀机重磨刀刃刀尖。我们要高度重视这些刀具的切削平面和切削刃，即使是切削刃上极小的瑕疵都会在成型后的产品上反映出来。

五、注塑成型工艺

注塑成型工艺可分为两种类型：传统注塑成型和注塑压缩成型。传统注塑成型时，塑料冷却过程中会产生内应力，改变塑件性能，引起镜头偏光。为了克服这个潜在的内应力，其中一种处理方法是塑件退火处理，但这种方法会使塑件产生变形，不太合适。现在可以采用注塑压缩成型，注塑压缩成型常用于成型带有细微结构的产品，例如带有衍射功能的塑料镜头，它与传统注塑成型工艺有几点明显不同。概括其成型工艺参数范围如下：

注射压力（保压压力）：大于100MPa（因塑件或材料而定）；注塑速率：因模具、塑件、材料而定；塑化温度：200～320℃；模具温度：100～150℃；成型周期：0.5min以上。

因为精密注塑成型属于新型注塑方法，因此其成型参数没有经验可借鉴。为了获得合适的成型参数，可采用如下方法进行尝试。首先设计和制造一套注塑模（没有考虑收缩率），第二步选择其中一个注塑成型参数，将其划分为若干个微分，逐一进行注塑优化。然后检测成型后的塑件尺寸，根据塑件修改注塑模的形状和尺寸。这种方法所得到的工艺参数往往具有较高的稳定性和准确性。当然，要实施这个方案必须具备精密的测量设备（三坐标测量仪）、先进的制模车间（多轴铣削中心）和设计部分的数学能力（仿真分析）。

六、技术人员能力

为了使塑件获得严格的尺寸公差，精密注塑成型从一开始就必须进行考虑。考虑光学设计、产品结构设计、成型工艺参数和成型设备等各方面因素，并将这些相互作用的多个因素作为一个整体统一考虑，不能忽略任何一个。因此需要聘请一些掌握高新技术和经验丰富的设计工程师，他们能够完成例如光学设计、产品结构设计、刀具设计、有限元分析和模流分析等工作。从另一方面来讲，虽然如今注塑成型过程的大部分操作都能够通过电脑控制，实现全自动化生产，但是车间里仍然需要一些受过高等教育的高技术人才。因为精密注塑成型过程的控制是注塑成型领域里最前沿的一种技术。其典型特点是注塑机拥有先进的控制界面，需要有人不间断地监控，并及时调整关键的工艺参数，因此人的因素非常重要。

有了精密注塑成型，聚合物光学元件实现了大批量和高精度的生产。当然这只是一个开始，精密注塑成型在一些方面仍然没有做到尽善尽美，例如：聚合物材料研发、注塑成型设备设计、模具状态探测、塑件精密测量、模塑仿真分析软件应用等方面都可以深入地研究，这些必将为人们提供更优质的塑料光学镜头。

参考文献：

[1]叶久新，王群.塑料成型工艺及模具设计[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]约翰纳伯（F.Johannaber）.注射成型机使用指南.北京：化学工业出版社2003.

[3]李忠文，陈延轩，等.精密注塑工艺与产品缺陷解决方案100例[M].北京：化学工业出版社，2009.

第3篇：产品结构设计原则范文

关键词：VB6.0；Excel VBA；AutoCAD VBA；电力变压器；结构设计；应用

中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）20-0036-02

近年来，随着变压器产品结构的不继改进，以及企业间竞争的日趋激烈，传统的产品设计方法已经很难满足企业当前生存和发展的需要。企业为了能在市场竞争中处于有利位置，实现产品设计数字化、自动化势在必行。计算机辅助技术（CAD/CAPP/CAM/ERP等）在企业产品开发和生产过程中日益得到广泛的应用，广大设计人员对CAD系统的功能要求也越来越高，他们已经不再满足于利用CAD系统达到“甩图板”的目的，而是希望从根本上减轻大量简单、重复和烦琐的工作量，使自己能集中精力于那些富于创造力的高层次创新设计活动中去。

为例便于理解，首先介绍一下VBA（Visual Basic for Application）。VBA将AutoCAD、Excel与Visual Basic的功能结合在一起，能够快速地创建出符合用户要求的程序，大大提高用户的工作效率。对于快速开发小规模的应用程序更是一种最好的选择。AutoCAD VBA的开发使用AutoCAD ActiveX技术，这种技术使用户能够从AutoCAD的内部或外部以编程形式操作AutoCAD。在AutoCAD中使用ActiveX接口具有两个优点：其一，更多的编程环境可以编程访问AutoCAD。其二，与其他Windows应用程序（例如：Microsoft Office Excel、Word）共享数据变得更加容易。

1 应用内容

电力变压器设计包括电磁计算和结构设计。目前，绝大多数设计人员都使用Microsoft Office Excel 2003和Autodesk AutoCAD 2008，它们强大的VBA二次开发能力成为设计人员的最理想工具。在实际的电力变压器结构设计过程中，有时希望能够将AutoCAD中的一些图形信息提取出来生成一个Excel文件，以便打印和管理；有时又需要从一个Excel文件中读取数据，用来绘制图形。为此，必须实现AutoCAD与Excel间的通信。Microsoft Office Excel 2003和Autodesk AutoCAD 2008中都集成了基于VB6.0的VBA开发工具，为开发AutoCAD应用程序，实现AutoCAD与Excel的数据交换提供了一个强大、方便、快捷的手段。

在本文中选取了电力变压器铁心截面结构设计来详述Excel VBA和AutoCAD VBA在电力变压器结构设计中的应用。

2 实例分析

应用程序的开发一般包括参数的确定、建立有关库表、程序的编制和调试等几个阶段。具体过程如下：

①在Microsoft Office Excel 2003 中建立铁心计算参数表格，如图1所示。

②在“设计模式”下，双击ActiveX控件“自动自成铁心截面图”，进入Microsoft Office Excel VBA编程界面，单击“工具”选项里的“引用”，在“AutoCAD 2008 Type library”前面勾选。实现AutoCAD与Excel间通过VBA的通信。

根据我公司变压器结构设计原则，变压器铁心的结构形式为采用横向五级阶梯、45°斜接缝形式。需要确定了铁心直径，窗高，中心距，其它尺寸：如片长、片宽、叠厚、封片及绑扎带的尺寸等，这一步我们通过对Excel 2003进行添加函数进行自动计算。

本文中VBA程序编制的主要工作是：从Excel表格中获取相关尺寸，如铁心直径、窗高、中心距、片长、片宽、叠厚等基础尺寸，插入典型子图、标注尺寸、绘制铁心截面图、填写各级铁心数据和明细表等。在Excel VBA编程界面里编程，代码如下：

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（最大片宽）

下面的代码用于连接AutoCAD，注意：AutoCAD软件必须打开并且已经新建了一个绘图界面，否则当单击“自动自成铁心截面图”时将出现错误。

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)

.

下面的代码用于从文件名为“Mydesign.dwg”的文件中拷取典型子件图。

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

BlkName = "DownTr" '返回块名

ThisDrawing.SetVariable "LTSCALE", 1

ObjDBX.Open DwgName '打开图形

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

ObjDBX.CopyObjects BlkObj, ThisDrawing.ModelSpace '复制对象

.

End sub

3 程序运行与总结

程序运行在AutoCAD环境下，生成如图2所示的铁心截面图。

由此可见，通过实现AutoCAD与Excel间VBA的通信，设计人员可免除大量的重复设计工作，借助于Excel强大的计算功能和AutoCAD的绘图功能，可方便快速地设计出结构图纸。因为大多数设计人员熟悉VB6.0、Excel和AutoCAD，很容易编写出适于自己产品的应用程序，实现产品图纸的参数化。

参考文献：

[1] 路长柏,朱英浩,张怀灵,等.电力变压器计算[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1990.

第4篇：产品结构设计原则范文

【关键词】计算机辅助设计 Rhino（犀牛）软件 产品 造型设计

1 Rhino（犀牛）软件简介

Rhino是由美国Robert McNeel公司于1998年推出的一款基于NURBS为主的三维建模软件。Rhino是最先进的专业NURBS建模软件之一，拥有简洁的操作界面、强大的功能和较低的硬件配置要求。与其它高价的3D软件相比，毫不逊色，它包含了所有的NURBS建模功能，用它建模非常流畅。从设计稿、手绘到实际产品，或只是一个简单的构思，Rhino所提供的曲面工具可以精确地制作所有用来作为渲染表现、动画、工程图、分析评估以及生产用的模型。

2 产品造型设计

2.1 产品造型设计概述

产品造型设计是工业设计师在遵循实用、经济、美观、舒适安全、绿色、文化认同等美学原则的基础上，按照产品定位的既定目标对产品的形态、结构、色彩、材料等方面进行全面设计的过程。它包括：产品造型方案设计、色彩与标识设计、产品结构设计、产品原型制作、产品人机分析、产品材料与工艺分析、产品价值工程分析等几部分。

2.2 影响产品造型设计的主要因素

（1）品牌风格的延续。产品造型设计是实现企业形象统一识别目标的具体表现，以产品设计为核心展开的系统形象设计，塑造和传播企业形象，创造个性品牌，赢利于激烈的市场竞争中。产品不仅能融合企业的文化理念，而且能够将这种理念通过造型语义传达给使用者。例如苹果公司的产品造型设计堪称精品设计，其成功因素之一就在于产品的造型设计延续了简约、创新、科技的品牌理念，获得了社会的认同。（2）产品结构设计的合理性。我们在设计中，尤其是做产品的外观造型时，往往只做产品的外形而忽略内部结构，结果最后出来的造型变形不符合实际需求。这就与画素描之前要了解人的骨骼结构是一样的道理。一方面，结构影响着产品的使用功能，即使用的舒适性和可靠性；另一方面，在很大程度上影响着生产工艺性。结构设计不能理解为纯工程问题而忽视内部结构在实现实用功能时的人性化诉求，导致设计产品在最终人机关系方面失衡。所以，产品内部结构设计的合理性及重要性在产品造型设计中的意义是不言而喻的。（3）设计美学法则的运用。形式美法则是人类在创造美的形式、美的过程中对美的形式规律的经验总结和抽象概括。主要包括：对称均衡、单纯齐一、调和对比、比例、节奏韵律和多样统一。掌握形式美的法则，能够使人们更自觉地运用形式美的法则表现美的内容，达到美的形式与美的内容高度统一。在工业产品造型设计中，要巧妙地运用这些美学法则创造合乎美学的实用的产品造型。（4）认知心理学维度。随着生活水平和文化素质的提高，人们在购买产品时的心理欲求占据越来越重要的地位。消费者购买产品时往往受能否满足他们的心理欲望所左右。因此，产品造型设计要不断适应人们发展着的认知心理，产品造型的设计必须以符合消费者的需求和个性心理为目标来进行。（5）生产技术工艺。工艺性是指，能否用合理的成型方法生产制作所需的形状、尺寸、精度，即工艺的合理性。造型设计不合理、不合乎生产工艺，就不便于或难以进行机械化生产，从而增加了工时消耗、材料消耗和制造成本，降低了生产效率。一般来说，对称和简单的几何造型，易于加工成型，过于繁杂的造型不利于生产制造。

3 Rhino在产品造型设计中的运用

3.1 草图的倒入

草图的倒入功能使得设计人员能够按照自己手绘的设计方案进行造型设计，提高了建模的速度和准确度。首先在二维软件（Photoshop、Coreldraw或者Alias等）中进行草图的绘制，也可以在图纸上进行产品手绘，然后通过扫描仪扫描到计算机中。将扫描好的图片导入犀牛软件（如图），将其作为造型参考进行三维建模。

3.2 Rhino在产品造型设计中常用的功能

（1）Rhino在曲面造型功能方面非常强大，产品外观都是以面的形式呈现，准确快速的建立曲面是关键，犀牛具有单轨扫掠、双轨扫掠、网格建面、放样等十多种命令生成或编辑曲面。（2）修剪命令如刀一般分割曲面，去除掉不需要的造型曲面。切割命令可以将整体造型分割为任意部分而保留外观曲面，便于对分割的部分进行编辑。（3）有时为了在已完成的造型部分去除掉某一实体形状的部分，或者将两个实体合并为一体等，就要运用布尔运算命令，操作完成后得到的也是实体。（4）为了更直观的分析生成的造型曲面品质，曲率分析、斑马纹、环境反射贴图工具都可以很好地观察到所生成曲面的连续性，方便进一步的调整。（5）如果想要得到重复并且按照距离、角度规律排放的形状，就要用到阵列工具，Rhino的阵列工具分为环形阵列和矩形阵列，能够大大降低繁琐的建模工作，提高建模速度，得到精确的造型。（6）有时所建模型繁杂，部分形体妨碍建模视线时，可以使用隐藏工具将已完成的部分隐藏，对剩余部分进行操作，当需要显示时再取消隐藏，这样可以避免许多不当的错误。（7）当造型建模到某一阶段，可以根据想要得到的预览效果来选用不同的显示模式，常用的有线框模式、着色模式、渲染模式、半透明模式、X光模式、半透明模式、工程图模式、艺术风格模式、钢笔模式。

3.3 与其他软件的完美兼容性

犀牛软件支持30余种输入与输出档案格式，从常见的NURBS格式的标准IGES曲面档案、STEP实体档案、ACIS档案、PARASOLID档案、OBJ档案，到POLYGON格式的3DS、LWO、STL档案，AutoCAD标准的DWG与DXF文档，以及点云资料、2D绘图AI档案等。其中IGES是工业标准格式，应用非常广泛，支持的软件数目超过40种。使用者可以针对合作方软件来选择要输出的档案格式的类型。

3.4 强大的插件功能

插件是Rhino很具特色的一个内容，它是一些具有扩展性的小程序，能帮助设计师实现需要花费大量时间和精力才能完成的造型功能。常用的插件例如Tsplines能够实现复杂曲面造型的建模，把原本强大的曲面建模功能提升得更加强大。犀牛配合Grasshopper参数化建模插件，可以快速建出曲面优美的建筑造型。在犀牛中装入TechGems（珠宝插件），便是一款非常之专业的珠宝首饰辅助设计软件。

3.5 与后期生产的接轨

Rhino在产品造型设计中的另一强大功能在于能够与后期生产制造接轨，而不仅仅只是提供快速的产品外观建模。比如Rhino导出的模型格式经过编辑后可以直接通过日趋成熟的3D打印技术进行打样，用来检验产品造型的合理性。同时，Rhino具备模具设计的功能，其拔模角度分析工具能检测能否正确脱模，对于后期生产制造提供更精确的数据。

结语

通过研究分析，我们可以发现，产品造型设计不仅需要扎实的设计经验基础和对各方面因素的综合考虑，还需要熟练掌握Rhino软件的操作。犀牛软件运用于产品设计中，能够发挥出最佳设计效果，为现代产品造型提供快速、高效和准确的设计新思路和技术，为产品设计师设计的各种产品造型的实现提供了更多的可能。

参考文献

[1]吴琼.工业设计技巧与禁忌[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]韩勇.犀牛之舞[M].北京：人民邮电出版社，2011.

第5篇：产品结构设计原则范文

LLPC产品工业设计中需要满足加工效率高、安全性、良好人机与操控、良好维护性等要求。因此，对应地，设计过程中考虑分析加工各个功能模块的布局，获得高效率的加工方式;考虑在设备加工过程中操作人员的安全性问题;考虑人员操作的易用性，获得良好的精确操作及监视需要;考虑使用后的定期维护需要，需要将控制模块进行独立布局，而不影响其他模块。概括地，该产品的特点有:(1)体量大;基于计算机辅助设计的设计方法容易造成尺度把握不当而造成装配误差。同时该产品的人机尺度与交互关系成为设计要点，设计过程中应注重计算机数据对人机尺度的检测与验证。通过分析确定的人机尺寸数据输入前期的模块化设计中，为后期造型与结构设计作重要参考。(2)零件多;大型机床功能较繁琐，实现功能的零件多，设计过程中需要利用计算机辅助设计软件基于零件的三维数据构建三维模型，佘月明等人对复杂层次关系的造型做了研究，必要时候采用逆向工程方法进行三维数据采集。(3)构造复杂，需要提前进行产品布局设计;大型机床产品功能模块多，因此构造必然复杂，零件装配点多而连接关系复杂，因此，在计算机辅助设计时，应先构建主体零件，次要零件的尺寸、位置及装配关系。(4)生产方式与材料特性对造型风格影响大;确定功能模块的布局后，则需要导入生产方式的考虑，以建立造型设计的基本工程要求。魏专等人研究的造型比例关系在数控机床造型设计中的应用［6］，提供了一定参考。

2LLPC产品的多目标体系构建

针对该产品的多个特点及设计的要求，在产品计划阶段我们对该产品的要求进行目标化，构建出多目标的体系，如图1所示，通过目标体系对产品设计的指导，加强产品的设计的方向和过程控制。图1多目标体系示意(1)整体性:该部门要求产品具有整体感的结构与外观设计。产品的复杂性与零件数量多，要求在产品设计过程中，对整体结构进行统一规划，避免产生多个零件群的链接关系，及产品设计装配时考虑都与一个共同体进行链接。另外对产品的外观需要保持整体性，避免结构零件的外露而破坏整体性。(2)维护性:该目标要求是产品应具有灵活的维护性，产品构造上可采用模块化装配方式，每个模块相对独立，如果某个部件出现故障需要维修，只需在对局部该模块进行修理和维护，不改变其他模块的链接关系，无需拆解整体结构，这与传统整体式结构相比体现出了高效性、便利性和较低的成本。著名奥运场馆水立方的外墙设计采用了模块化的结构，整体造型的局部每块覆膜都是独立装嵌的，如果某一个模块受损坏，只需要根据该模块编号更换该模块的一个覆膜即可，维护非常方便。这种理念是设计师在整体风格与系统性因素分析所获得的。导入维护性目标，在大型激光加工中心产品结构上，系统分析功能模块与布局。(3)外观品质:该目标要求是产品外观风格设计具有一定品质感，框架式构造与外壳的加工方式对外观风格影响明显，可利用加工方式获得的造型特点进行整体造型设计，通过外观主型面的造型分割形成设备品质感较强的风格。(4)可靠性:该目标要求是研发流程可控性好，风险低;基于框架式构造的产品设计流程稳健可靠，属于比较规范合理的产品设计流程，通过对功能布局、整体结构、框架结构等几个关键环节的质量控制，确定了整体结构后，该产品设计即可定型，后期的可变因素很小，大大降低了设计风险。在产品周期中，如果那个部件出现问题，可更换或者局部改良，不影响其他零部件品质。(5)拓展性:该目标要求产品的更新换代可行性。对于大型机床产品，产品的系列化与延续性对于品牌的战略尤其重要，单一的产品系列势必导致片面的市场格局。在保证产品品质的基础上可根据市场细分，基于同一平台拓展出不同功能定位的产品。这一策略在汽车品牌的车型开发中常见。模块化结构形式有助于功能的模块化定义，对于影响终端界面的模块可进行更新换代，而共用的基础部分保持不变，即可根据产品的系列化定位进行基于平台架构的不同功能组合延展，在不增加太多成本的基础上实现不同产品系列的拓展。(6)易用性:该目标要求整体产品在人机交互过程中，保证操作人员从尺寸、操作范围、操作过程等方面便于使用。对于体量大的LLPC产品，人机易用性是产品设计重要的目标。

3多目标作用下的产品框架方式创意

在产品设计的工程结构中，一般会采用单体式结构，即每个主体零件都成为结构的一部分，结构上并没独立承重与支持的单体，这种结构方式简单实用。另一种整体式结构是框架式结构，当需要考虑产品的稳定性和扩展性时，可采用这种设计理念，它对产品起整体支撑作用，其他零件则只需设计与它的装配关系。框架式结构的产品具有便于拆卸、维护、更换、重组、升级等优点。LLPC产品设计开发过程将面临着模块布局、人机界面、安全性、操作性、维护性等多个目标要求，多重因素的叠加促使该产品的结构主体成为重要的关键点。提出框架式设计理念对以上目标问题进行整合规划设计，以求获得实用功能布局、友好人机关系、便利功能维护、高效操作性的设计结果，提高产品的品质与形象。

4框架式结构应用的可行性对比分析

基于以上初步讨论，我们需要将两者进行对比性分析，寻找框架式理念的优势与LLPC产品多目标要求的吻合度，同时对比传统单体式结构。大型激光加工中心应用框架式结构设计的可行性是LLPC产品自身的产品特点分别与应用框架式与单体式结构设计对比分析，寻找其多元性系统性的关系，根据对比结果评估其应用的对应情况，见表格1。从上表对比可见，框架式结构理念对于LLPC产品的工业设计具有较好的优势，符合多个目标的要求，此对比情况对于产品开发初期的规划与设计定位具有重要的指导作用。

5设计过程验证———框架式结构的应用过程

基于多目标体系的构建，我们综合了相关的产品设计方法，应用该结构形式对LLPC产品进行了工业设计的过程应用，进一步验证其作用，以多个目标为导向，我们应用了功能定量优化设计、人机交互设计、外观特征造型设计、计算机辅助设计等多种设计方法，研究过程包括:(1)产品规划设计初期，我们对所需完成的工作作出一个计划性安排，流程的规划主要包括:功能定量优化法优化功能分区与结构机构———基于结构优化的框架搭接———基于布局方案与品牌形象外化的外观造型设计———基于装配与维护的细节设计———基于计算机辅助评价方法———基于基础零件标准化的生产监控。(2)产品结构机构设计在LLPC产品设计前期，以整体性目标导向，导入框架式理念，对产品进行模块化布局设计，根据优化的模块方案，进行了产品框架结构与机构的设计，设计结果见图2。(3)外观创意设计完成产品整体框架构建后，以外观品质、易用性目标导向，导入生产方式与框架式特指进行外观创意设计。主要完成内容有外观造型的风格化、色彩方案、人机界面、观察门的开合方式等。其中重点是在框架范围内根据合理的人机关系进行功能细化的设计;然后根据生产方式及产品风格进行外观造型特征营造设计，设计结果如图3所示。(4)零件标准化完成外观方案设计及三维数据建立后，则进行结构设计阶段。考虑到产品装配过程中涉及到较多的装配位置及装配误差问题，以可靠性目标导向，基于简化原则。结构零件中的连接零件采用统一标准设计，仅在链接孔位预留装配余地，大大减少了零件数量简化了生产工序与装配流程。连接零件的设计采用可调式设计方案，装配时可根据零件尺寸误差进行局部调整。(5)三维数据的评估完成LLPC产品整体外观结构数据构建后，即可基于计算机辅助软件进行零件装配，图4所示，装配的顺序应根据零件的重要性与尺寸从大到小分别装配。完成产品整体零件模拟装配后即可进行结构分析与装配干涉分析，以验证数据的可靠性与可行性。分析检查过程中，如发现零件的干涉(装配过盈)，则根据零件的重要性进行逐级调整参数。(6)设计完成的产品实物将生产完成的产品结构、外观零件根据预先设计的装配流程进行装配工装。完成装配的产品实物如图5所示，最后根据产品实物进行人机操作验证，见图6。根据系列设计方法的指导与辅助，完成了多目标导向的框架式结构在LLPC产品工业设计中的应用研究与实践，有效验证了多目标作用的效果与框架式结构在大型产品机床设备中的应用设计可行性。

6结束语

第6篇：产品结构设计原则范文

关键词：儿童；电子产品；视觉；体验

1视觉体验的含义

视觉体验既是一种普遍的体验又是一种特定的体验，在眼睛看的过程中通过一系列抽象过程形成的体验过程我们通常说的看，是一种生理能力作为最简单的感知活动，是客观的对事物的记忆，是外在的一种扫描。视觉体验是人们接触社会感受世界的最直接的一种方式，儿童的视觉体验，例如对事物的认知都是先以判断事物的颜色、形状、大小等进行感知，在通过其他的例如重量，体积等进行认知活动，当然全面的了解事物还有坚硬、美丽、柔软、丑陋等一些心理上的感觉，这些都可以依托视觉进行感官上的体验，视觉的体验相对其他感官占得比重最高。

2分析现代儿童的电子产品中体验学习的视觉要素分类

2.1儿童电子产品中的色彩视觉

色彩对人的感官冲击很大，也直接影响人的精神和认知取向，在儿童探索世界的阶段，色彩是认识世界的重要因素，对儿童的心理健康起到重要的作用，儿童电子产品在设计时期一定要考虑产品色彩的要素，颜色对产品设计具有强大的艺术魅力，对儿童的教育以及成长起到直接作用。所以，儿童电子产品在设计时一定要根据儿童心理体验的需要为基准进行研发。一般我们印象中电子产品都是感觉比较冰冷的印象，所以在设计儿童电子产品的时候，考虑儿童发展阶段的特征必须打破这种成规，儿童电子产品在颜色搭配和色彩组合上一定要体现出使孩童感受的新鲜，通过接触电子产品产生喜爱、好奇等情感，所以设计电子产品的色彩的时候一定要考虑孩童视觉的体验，单纯且明快、完整且鲜明，进行合理的配色。既要能够使儿童身心健康又要赏心悦目，效果和谐统一。结合现代心理学孩子的视觉体验的相关理论，在设计中传达美的享受，爱的体验。将色彩运用到和谐能够让儿童健康成长，在使用产品的过程中得到快乐愉悦的感受。

2.2儿童电子产品中的形态视觉

产品的外观吸引力强是消费者购买的重要因素之一，通过外观形态也建立了较好的情感认知，对孩子来说，电子产品的设计在外观上一定有足以吸引的能力让儿童感到好奇和引起兴趣，拉近距离并且设计产品要充分考虑孩子身心发展特征，产品设计既要满足儿童心理需要又要满足市场的双重需求。所以根据儿童形态视觉的特点，电子产品在设计时优先考虑儿童的感受和体验，让孩子在使用电子产品时得以满足和感受愉悦。电子产品设计外形上要选择适合儿童身心发展的样子，符合孩童的形象思维和逻辑思维，因为孩童时期的思维发展与成人不同，所以在产品形象要求上更为敏感，一般年龄较小的孩子对圆润的外形，简单的形象，活泼可爱的风格更为偏好，这也符合孩子当时的视觉体验的心理，在孩子身心发展的阶段，满足其强烈好奇心的电子产品或者满足求知欲的产品加上特殊或心理感受的造型都能收到儿童的喜爱。产品设计的形态在吸引孩子视线的同时也建立了与孩子联系的一种方式，充满趣味性的电子产品能够让孩子身心得到满足，设计产品的形态来满足孩子的趣味心理不是单纯地盲目的而是要建立在能够吸引孩子产生对产品具有强烈认知的基础上，通过趣味性强的设计来建立，从而引导孩子喜欢和享受产品。外形美观且大方的造型，结构新颖别出新意，对孩子的审美和艺术培养都起到较好的作用，儿童接触较好外形的电子产品还能锻炼其形象和创造性思维。

2.3儿童电子产品中的结构视觉

产品设计是按照一定的结构方式进行的，儿童电子产品在设计的时候一定要结构简单不失童趣，对孩子的体验式要求进行合理的满足，儿童电子产品通常含有多种电子零件而进行装配，一定要体现出结构设计的合理性。在产品设计过程中，根据孩子自身阶段特点，产品设计要容易操作，不要因为操作不当或者零件太多太复杂而造成产品结构损坏，或者根据孩子注意力时间短的特点，产品结构设计要皮实耐用，设计紧凑，保证使用安全。尤其是结构的安全性，在设计产品中这一点显得尤为重要，尽量将外观机身部分进行电子零件的围封，避免自行打开产品外壳，不要接触带电零件。

2.4儿童电子产品中的材料视觉

产品形态的关键是材料，不同的材料拥有不同的特性，在设计中会展现出不同的魅力和品质，带给人丰富多彩的视觉和触觉体验。因此，材料的选择，要合理而巧妙，更好的获得人们的喜爱。材质的变化对带来视觉体验上的变化或者提升，这种体验与触觉和行为相结合，能够在感知的过程中获得多样的感官体验。儿童在经过一定阶段的触觉积累之后，很多触觉上的感触会抓化为视觉上的间接感受，在大脑中唤起对此种产品材料的感性记忆。儿童独特的身心发展特点，要求在材料选择和外在处理方面要严格谨慎，避免对儿童产生不良影响或损害。伴随着低碳、绿色、环保等设计理念的出现，儿童电子产品的设计也要遵循这些原则，多使用健康环保材料，开发出性能更为优越，且兼具时尚潮流等诸多元素的产品。根据产品概念、儿童心理特征，设计师应通过对不同质感绝缘材料的合理选用，增强产品的亲和力，调动儿童的视觉体验特点，提升其兴趣，让其能够更加充满乐趣和好奇心，在与电子产品的互动之间获得优质的享受与体验。

3结论

电子产品的设计既要考虑儿童视觉体验，又要满足儿童健康身心发展的要求，产品设计得到孩子的认可和喜爱才能长久的生存和发展。对于产品的形态，结构，材质和色彩都要进行研究，充分迎合孩子生长规律，体现出产品设计的优越性能，通过多种元素相辅相成进而成功的将视觉理论运用到产品研发中。

作者:金煦阳 单位:河北省唐山市第一中学

参考文献:

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第7篇：产品结构设计原则范文

摘要：高压气动电磁阀是地面供气系统使用的关键元件，其可靠性直接关系到运载火箭能否正常完成发射流程。本文对高压气动电磁阀的故障模式进行分析，并对其可靠性改进设计、可靠性试验以及可靠性评估等技术进行了介绍，通过一系列可靠性改进设计及验证试验工作，使高压气动电磁阀可靠性有所增长，并在大型飞行试验中得到验证。

关键词：高压气动电磁阀；可靠性改进；设计

0引言

高压气动电磁阀作为航天领域使用的流体控制元件，已广泛应用于各型号运载火箭的动力系统。针对运载火箭的关键动力装置及结构，地面供气系统中使用的高压气动电磁阀需要在火箭发射前完成燃料贮箱增压、箭上活门控制以及舱间段吹除等一系列重要供气工作。高压气动电磁阀在断电关闭状态下，需要具备密封功能，能够避免因电磁阀内部气体泄漏而影响整个供气系统的气密性；当电磁阀加电开启时，要求具有快速响应能力，并且在规定时间内实现阀门的完全开启；电磁阀再次断电时，特别是经过长时间连续加电工作后，仍需要其快速切换，实现阀门完全关闭。因此，高压气动电磁阀的可靠性设计主要集中于密封结构设计、活门往复运动设计等功能、性能稳定性的实现上。

1高压气动电磁阀基本原理及方案

某型高压气动电磁阀采用先导式结构形式，具有结构紧凑、工作压力高且所需电磁吸力小等特点。该电磁阀主要由电磁铁、阀体、先导活门、先导活门复位弹簧、先导活门密封元件、主活门、主活门复位弹簧、主活门密封元件等构成。电磁阀主要工作原理为：初始状态断电时，入口气体通过阀体的小通道进入电磁阀的先导部分，由于先导部分的气动作用面积大于主活门密封面一侧受气动力的面积，在不平衡面积气动力的作用下，将主活门关闭，此时电磁阀处于常闭状态。通电时，电磁铁吸合，将先导活门推下，先导部分的进口被先导活门关闭，同时先导部分的气体通过先导活门的上部出口排入大气，先导部分放气，电磁阀的主活门在进口气动力的作用下打开，此时电磁阀打开供气。高压气动电磁阀主要针对以下功能和性能进行可靠性设计，以满足高密度发射的高可靠性要求。

1）高压气动电磁阀先导活门应具有良好的密封性能，在断电关闭状态下能够保证供气系统与外部大气环境隔绝。在加电时，应确保先导流道建压正常，如果先导活门的密封失效或损坏，则最终影响电磁阀的开启。因此先导活门密封功能是电磁阀的重要性能指标。

2）高压气动电磁阀主活门需具备较高的关闭可靠性，主活门为典型的O形圈动密封结构，因此需规范设计该结构各参数，特别是考虑电磁阀温升造成O形圈摩擦力增大的极端使用工况，保证在电磁阀需断电关闭时，主活门上方的弹簧复位力能够克服主活门O形圈的摩擦力，从而避免主活门发生关闭滞后或无法关闭等故障，保证主活门快速可靠关闭。

2高压气动电磁阀故障模式分析

2.1故障分类及判定准则

根据GJB899A-2009《可靠性鉴定和验收试验》的规定，试验过程中发生的故障可分为关联故障和非关联故障，关联故障又可分为非责任故障和责任故障。非关联故障是指已经证实是未按规定的条件使用而引起的故障，或已经证实属于某项将不采用的设计所引起的故障。责任故障是指承制方提供的设备、在试验中出现的关联的、独立故障，以及由此引起的任何从属故障只算作一次责任故障。它是判决受试设备合格与否的依据。而非责任故障是由非承制方提供的设备所引起的承制方受试设备故障称为非责任故障。非责任故障不应作为判决受试设备合格与否的依据。高压气动电磁阀故障判定的准则为：在试验剖面出现不能完成规定任务的责任故障。

2.2故障模式分析

根据以上故障判定准则，对高压气动电磁阀故障模式进行分析。首先，通过将高压气动电磁阀划分到零、部组件级别，对其建立产品结构树。该产品结构树分为顶节点和分支节点2层，顶节点为零件和部组件，分支节点为部组件的零件。其次，确定故障数据源。通过统计历次发射任务、大型试验、出厂试验、可靠性试验、其他使用或试验过程中出现的问题，总结历史故障模式主要关闭延迟、无法关闭、内部泄漏、外部泄漏；通过对高压气动电磁阀的功能性能要求进行分析，考虑功能丧失、性能下降、间歇性故障、非预期功能等潜在故障数据，总结高压气动电磁阀潜在故障模式。再次，对上述故障数据进行分析、归类，剔除非关联故障，并将故障现象相同但是描述不同的故障数据进行统一化处理，形成唯一的故障模式。在筛选故障数据的基础上，确定故障模式的关键字为：内部泄漏、外部泄漏、无法打开、无法关闭、打开延迟、关闭延迟。最后，将故障模式与产品结构树连接，将每个故障模式与其相关的所有顶节点相连，形成高压气动电磁阀顶层产品结构与故障模式树，依次类推，对一级分支节点按上述步骤进行迭代和递归分析，形成一级产品结构与故障模式树。

2.3故障模式树建立

高压气动电磁阀各级硬件按照上述步骤进行迭代分析后，形成高压气动电磁阀故障模式库，包括全部的产品结构与故障模式树。高压气动电磁阀的顶层产品结构与故障模式树，根据此方法可得电磁阀中包括壳体组合件、主活门、先导活门在内的一级产品结构与故障模式树。分析结果表明，对于高压气动电磁阀内部、外部泄漏故障，受到先导活门结构的显著影响；对于电磁阀的启闭可靠性则与主活门结构设计息息相关。

3高压气动电磁阀可靠性设计

通过梳理高压气动电磁阀故障模式清单，分析各类典型故障的机理，以系统影响最小，以确保对外机械、电控接口不变，安装固定方式不变、操作方式不变、提升产品可靠性为更改原则，对高压气动电磁阀进行可靠性改进设计。

3.1先导活门及相关部位零件结构可靠性设计

高压气动电磁阀先导部分的原有设计的密封性能不稳定，对先导活门、活门座、柱销三种零件的配合尺寸要求甚严，导向设计不合理，易发生密封失效问题；二是原设计工艺复杂、加工难度大，且需要特殊表面处理，成本较高，加工周期长；三是原设计产品化程度低，各产品设计存在较大差异，未进行统一化设计。先导部位改进前后主要进行以下改进设计：1）将活门座内孔孔径增大，倒角尺寸减小，将推杆导向（活门座处）延长，提高推杆往复运动的稳定性。2）去掉先导活门柱销，以及推杆下部增加顶杆设计等，可以消除先导活门密封不良的可能性，提高先导活门零部件的工艺性，提高先导部位处的密封可靠性。3）在不影响其工作性能的基础上，对产品的工艺可行性有了一定改善。例如，改进前先导活门毛坯件为组件，由活门壳体和柱销组成，需要装配工序，改进后将其简化为零件，可机加一体成形；改进前，先导活门的橡胶密封面硫化后，需再对柱销进行加工，由于尺寸精度要求高，难度较大，改进后取消了此项复杂的加工工序，并采用不锈钢材料替代原有材料。以上可靠性改进设计能够消除先导活门密封不良的可能性，提高先导活门零部件的工艺性，提高先导部位处的密封可靠性。

3.2主活门O形圈动密封结构可靠性设计

高压气动电磁阀的主活门采用活塞式往复运动结构，主要由阀体、主活门、挡圈、O形圈、主弹簧等相关零部件组成。当电磁阀通电切换至断电，该动密封结构主要工作原理为：入口气体经过壳体先导通道进入先导腔，向下的气动力和主弹簧复位力逐渐克服向上的气动力和主活门O形圈动摩擦力，推动主活门向下运动，逐渐关闭密封。在主活门开始关闭阶段，主活门上下气动力平衡，此时，如果主活门弹簧复位力小于O形圈摩擦力，则存在主活门关闭滞后或无法关闭的风险。为了减少O形圈摩擦力，需要调整O形圈及沟槽尺寸，从而确定适宜的O形圈压缩率、拉伸率、容积比等设计参数，避免出现因O形圈设计参数不合理，影响O形圈的装配状态，由此可能产生弯曲及扭转，导致增大主活门运动时的摩擦力。同时，电磁阀长期加电造成电磁铁以及整体的温升，而O形圈本身采用密封橡胶材料，其体积随着温度的升高而逐渐增大[5]，因此长时间高温作用下，O形圈发生的非常规变形对活门不关闭影响也很大。以往试验结果表明，某高压23MPa电磁阀连续通电8~60h，电磁铁外壳温度平衡至70℃，考虑电磁阀内外温差，则可以得到：当O形圈材料温度升至80℃时，O形圈的体积变化率为2.6%，此时摩擦力增大约20N。根据QJA77-2011《航天型号用阀门动静密封设计规范》设计的主活门动密封结构，对O形圈的摩擦力有很大程度减小，各项设计参数均符合设计规范，提高了主活门快速关闭复位的可靠性。

4高压气动电磁阀可靠性试验及评估

4.1可靠性试验

对于高压气动电磁阀来讲，前文已分析其主要的失效模式可归纳为阀门无法正常启闭（或泄漏），因此根据电磁阀特点，将可靠性特征量选取为满足工作条件下正常启闭次数。高压气动电磁阀可靠性的试验剖面是将试验件进行综合环境应力下（环境温度、工作压力、工作电压、工作时间等综合影响）的启闭试验，达到规定动作次数后，复测试验件的性能。高压气动电磁阀可靠性试验剖面设计：按100次一个循环进行试验，每100次变换综合环境应力配置方式，对每套投试产品进行4800次综合环境应力剖面下的启闭试验。其中，结合产品对温度变化的适应能力，同时为了实施方便（产品冷、热浸的稳定时间约4h，如果频繁变温会导致试验周期长），高、低温应力分别实施，高温、低温情况下产品各启闭1000次；工作压力按额定工作压力；工作电压按上拉偏值、额定值、下拉偏值每100次、200次、100次往复循环。

4.2可靠性评估

高压气动电磁阀是多个零部件组成的整体，各个零部件的失效有独立性也有相关性，且每一零部件失效导致整个供气阀件的失效；同时，高压气动电磁阀无恒定失效率的零部件，无定期维修的零部件。鉴于以上特点，结合工程经验，选择高压气动电磁阀的可靠性分布类型为威布尔分布。

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第8篇：产品结构设计原则范文

关键词：滚筒；结构；设计

1 滚筒结构设计中传统结构设计方法与存在的缺点

用传统的结构方法进行设计时，首先要根据以往的设计经验及判断来确定滚筒的结构形式，一般指结构布置、材料的选择、制定尺寸及制定相应工艺；其次是全面分析其结构；最后在滚筒成品生产完成之后才可以进行校对工作，一般都是通过力学模型来检测其强度是否符合规定条件，并对一些参数进行适当修订。由此可以得出结论：在传统设计理念中，缺乏合理的更新，只将结构分析视为校对及检验的工具。

由此可以分析传统设计中存在的缺陷是：（1）在有限的校对过程中，单次校对时间长，难度高，工作量大等问题，直接给设计人员带来困难；（2）材料分布情况不能得到有效合理的数据分析结果，对于提出理想的经济适用的方案有很大难度；（3）大量的精力都投入到初始设计方案当中，因此如果原则性问题出现在初始方案中，就会给整个设计带来不良影响，从而无法保证正确性，在年轻的设计师中，缺乏经验，压力又大。

2 滚筒结构设计优化现状

利用数学思想中的函数编程求解是滚筒结构设计得到优化的一个重要方式。利用数学思想，将数学模型运用到相应的结构转化当中，然后同样设置参数及目标函数，并且将约束条件抽离出来，进而可以将位置数值确定下来。通过此法得到的参数值可以达到使用条件标准，对细部尺寸进行参数化，进一步通过三维软件进行讨论，理论上可以实现最终目的，即优化滚筒结构设计。

虽然当前已经经历过很多的实验，然而，滚筒设计仍然不能在参数上给出最优化的一系列参数，在设计的过程中，设计人员仅仅改进了单一的零部件结构，以及研究其在整体结构中起到的作用及造成的影响。截至目前为止，仍然没有一套完整的参考设计方法可以应用到带式输送机整体参数的系统设计，优化所有零部件，特别是优化设计细部参数部分，装配方式组成的滚筒结构模式，有利于展开理论分析及参数验证整体结构，进而可以对所有参数组合进行最优的设计。考虑到整体结构的效果，设计员们都将思路集中到优化思想上，在滚筒设计研究课题中，这种思想极具突破性，值得人们关注并实践。

3 改向滚筒的优化设计

在滚筒设计优化的过程中，是彻底的将滚筒功能加以应用，仍然利用托辊为原型，利用托辊运动原理将滚筒设计为轴承内置形式[1，2]，在进行设计的过程中，主要思考方向是对结构的设计，对受力的分析，同时进行理论验证；在结构设计方面，主体内容是在产品的结构中应用到轴承内置理论，目的是实现突破改向滚筒的设计结构；然后利用对受力程度的分析来检验优化设计滚筒结构的功能是否可以在实际中应用，是否具有稳定的结构，同时能够实现同等运力的产品结构参数，因此此项工作急需解决；接下来理论验证就要通过全面比较轴承外置式和轴承内置式两种滚筒得出结论：改向滚筒的设计理念具有一定的优越性，同时还要找出这种理念下存在的问题及不完美的地方。综合所有信息对改向滚筒设计进行整体的评价[3]。

带式输送机在进行常规作业时，改向滚筒在整个运行过程中担负着端部变更运输方向的角色和增加输送带在传动滚筒上的包角， 同时利用改向滚筒拉紧装置从而达到张紧效果，实现其作用。在这三种功能作用不同的情况下，人们之所以称其为改向滚筒，是由于改向的功能体现在不同位置上，同时满足改向滚筒的受力分析，其承担的压力及摩擦力仅来自其上部的张紧力，并且不会受到来自主动力方向力的作用。出于对以上两点的考虑，在轮毂和轴中间放置轴承，避免轴随整个滚筒一起转动，此方法既可以实现改向滚筒的作用，还起到固定轴的作用，有利于实现整体滚筒的定位及受力强度的平衡[4]。

结合以往常用轴承外置式滚筒结构，以及基于创新的想法，现在所设计的轴承内置式改向滚筒新结构由轴座、轴、筒皮、接盘、轴承、透盖、密封圈Ⅰ和密封圈Ⅱ构成，结构示意图如图1：

图1 新型改向滚筒结构示意图

设计轴承座时，借鉴联轴器的连接方式，在两端轴座与轴之间采用键连接，接盘由辐板和轮毂两部分结构通过焊接技术使之成为一体结构，接盘与筒皮的连接方式则采用现如今比较可靠的埋弧焊接方式焊接而成，新设计结构中接盘与透盖通过螺栓连接，接盘与轴承采用过盈配合，轴承与轴也是采用过盈配合，配合尺寸满足接盘的内径比轴的外径大，透盖的内径比轴的外径大，而轴承则设计于接盘的内部，透盖的主要任务是用来保证内部轴承的干净不被污染，为了防止杂质等进入轴承，保障轴承的寿命，密封的作用则尤为重要，所以结构设计时设置了两个密封圈，（如图2）密封圈Ⅰ设在接盘与轴之间，密封圈Ⅱ设在透盖与轴之间。

图2 新型改向滚筒局部示意图

由上述本实用新型的技术方案可以看出，文章所述的新型改向滚筒，在结构上突破了传统轴承外置式改向滚筒的结构，使得结构设计简易合理，同时在生产以及现场应用上更为简便，对提高产量以及现场安装应用测试等操作提供了极大地空间和便利。新型改向滚筒的受力分析[5]：改向滚筒受力为：输送带所受的张紧力引起的对改向滚筒的压力P和两者之间的摩擦力Ff。两种滚筒受力相比，新型改向滚筒比传统滚筒少受到一个主动力矩的作用。

在传统滚筒进行受力分析的过程中可以得知，筒皮中点被视为筒皮的危险处，同时在轮毂辐板附近位置有较大的应力，无论从现场使用情况还是从经验方面，能够满足辐板附近位置的筒皮强度即可，根据现场真实状态来选择型号，并且仔细确认参数，接下来即可利用有限元分析软件展开模拟滚筒的现场操作。

在进行滚筒设计的过程中，设计员们就全面注意滚筒性能方面的稳定可靠，滚筒运行过程中保证筒体运转，同时保证轴不转，在任何情况下，都要保证筒体、轴、轴承及轴承座可以在同一圆心下运行。载负力始终由两个轴承均匀受载。相较于传统通用的改向滚筒两边的轴承和轴承座，都设置在滚筒体两侧外面的轴端处，筒体通过轴和轴承以及轴承座与输送机的钢架相连接有更大的优越性。传统的轴承外置式改向滚筒，在运转时筒体和轴一起转动，对轴承座的安装定位，正确性要求很高，稍不注意，就容易出现偏心，使得轴和轴承，轴承座三者不在同一个圆心上，轴承上受力就容易偏离轴承的中心线，增加了轴承的旋转阻力，容易造成轴承的局部磨损加速导致轴承的损坏。另一个细节就是为了纠正皮带跑偏现象不得不改变改向滚筒原有的定位点，容易使得轴承受力点偏移，造成轴承损坏。经过改进后的滚筒结构，不论在何种工况下，轴，轴承，轴承座都在同一个圆心上运转，减少了旋转阻力，降低了材料消耗和制造成本，降低运转时的能量消耗，延长了轴承的运转寿命，保持了良好的运转性能，安全可靠性高。

参考文献

[1]张亮有，董萌.带式输送机驱动滚筒非标准化设计[J].山西科技，2007（3）：123-124.

[2]李克信，平建明，刘曙辉，等.带式输送机换向滚筒结构分析与改进[J].中州煤炭，1999（5）：31-32.

[3]Callaghan.Advances in the design of mechanical conveyors[J].Bulk Solids Handling，1994（2）：255-281.

第9篇：产品结构设计原则范文

关键词：绿色设计；产品设计；资源环境；可持续

设计是人类与生俱来的本能，是人类特有创造力和智慧的产物，是早于科学的一种自发需求所带来的行为创造。二次工业革命之后，人类社会的生产力和生产水平得到极大的发展，传统的企业为了提高自身直接经济效益的获取速度，致力于工业加工制造，利用廉价劳动力大肆开采制造，造成极大的资源浪费以及环境破坏。在面对日益严重的环境问题的今天，我们不得不调整设计生产的整体思路，将绿色设计理念渗透到各个设计环节中，走可持续化道路，综合各种设计手法，找到人与自然环境间的平衡点，在保证环境效益的基础上不断提高产品设计的品质与服务。

一、产品的绿色设计简述

狭义上的绿色设计是以资源、能量、环境是否最优化为核心的设计过程，即在确保产品的环境效益与属性（对环境无危害或少危害、确保人体安全健康、产品可拆卸性、产品回收性等）的基础上再考虑产品的商用效益与属性（销售价格、市场价值、用户需求、使用性能、售后服务等）。而从广义上来判断一件产品是否“绿色”，则需要判断该产品在提高效率、降低成本与延长生命周期这三方面是否得到体现即可。传统企业的产品生命周期指从产品概念形成到产品废弃这一过程，设计师没有考虑或很少考虑产品废弃后的处理问题；而绿色产品有别于这种“摇篮坟墓”周期模式，而是“摇篮回收再现”，设计师在设计某种产品的过程中，不仅需要把握相应的用户需求，还要考虑产品在整个生命周期过程中（包括调研阶段、设计阶段、产品试制阶段、生产阶段、销售阶段、用户使用阶段、产品维修阶段等等）有可能产生的各种废弃物以及产品在其生命周期结束后如何报废处理或是回收再生产等一系列问题的应对措施（如图1）。将绿色设计理念渗透于各个设计阶段中，设计师在设计之初就应考虑到产品需要用到的材料、设计手法以及制造工艺，产品在各生产制造环节中可能产生的废弃物种类、相应的处理措施、如何替代有毒物品、产品合格标准、报废产品的管理方案，等等。合理的预解决方案和宏观调控的设计方式有利于产品设计开发的顺利实施，有助于更好地实现产品的商用价值。

二、产品绿色设计中的"三R"原则

“三R”即Reduce、Reuse、Recycle，分别代表“少量化、再利用、资源再生”的意思。“少量化”设计原则要求减少资源浪费与能量消耗，产品设计师在产品设计开发的过程中应尽可能地考虑到各种能源物质上的消耗（包括材料、能源、时间、空间以及人力等消耗），并通过优化造型结构、标准化零部件以及简化工艺难度等方式减少相应的能耗，提高生产效率。例如，如果能够减少生产的工艺复杂度，则消耗的能量和管理难度都会降低，质量的安全隐患系数以及维修难度也会随之降低。因此，设计师应尽量使用大批量生产的标准件而避免个性化生产的自制件，同时多方验证产品结构的合理性，减少不必要的多余结构，这样能够简化生产复杂度与材料使用，在精简结构的同时不影响产品的造型与使用情景以满足减少能量消耗和工作量并提高工作效率的生产需求。并在某件产品的设计与开发的过程中要遵循以下几点“少量化”设计原则：一、精简产品机构，减少功能过剩和材料滥用；二、提高生产效率，降低能源消耗，尽量选用太阳能、风能等可再生能源而非汽油等不可再生能源，保证在产品的整个生命周期循环中能耗的低耗高用；三、材料选取合理，营销方式得当，在保证产品质量的前提下降低产品的成本；四、在产品的整个生命周期内使其对环境造成的影响最低。“再利用”设计原则也可理解为产品的零部件具备再次使用性（维修/替换），这就要求：一、产品在使用过程中其整体结构系统不易被破坏；二、对易于损坏的部件有可替换部件或可维护措施。例如黑色签字笔的笔头损坏后可以替换笔芯；手机摔落导致碎屏后可维修换屏，键盘的按键损坏之后，只需要替换掉该按键即可，而不至于整个键盘都得报废处理等。“资源再生”设计原则着重强调的是产品报废后的处理问题，能否回收再利用与产品部件的材料及回收工艺息息相关，这也对该产品的材料管理提出了一定的要求，例如具有有害物质的材料应与无害物质隔离分开放置；报废后的产品应便于拆卸（非破坏式拆卸），将可用的部分回收，不可用的部分通过合理的方式处理，最大程度降低它对环境的影响度等。

三、产品的绿色设计方法

绿色设计作为一种设计思想指导理念，在现今能源消耗严重，环境日益恶化的大情境下，愈来愈多的设计师意识到产品的绿色设计的重要性，潜移默化地在自己的产品设计开发中遵循绿色设计的原则.绿色设计旨在引导设计师在设计产品时考虑到人类文明与自然生态环境之间的平衡点，旨在鼓励设计师运用前端的技术以及不同于传统的设计思维既保证了产品的商用价值又减少了其能源消耗，既满足了人类生活需求又不破坏生态环境。这种绿色设计理念符合现代设计价值观，符合可持续社会发展观，符合现代用户绿色生活的需求，是现代企业参与市场竞争的强大武器之一。

（一）材料的选择

绿色设计理念讲究在产品设计开发全过程中对环境无危害或少危害、保证开发者与使用者的安全和健康，而一件产品材料的选择作为产品设计开发全过程中最早也是最重要的一环，它决定了产品在生产制造过程中产生各种物质如何解决的关键点。设计师应转换传统的选材思路，宏观地把控各个设计阶段，在设计的开始就要考虑到产品用料的环境性能以及其在不同工序下产生不同物质后的应对措施，尽量选取低耗能、可再生、少污染且报废后便于回收利用或易于降解等材料。

（二）产品部件的可拆卸性设计

产品的可拆卸性设计是绿色设计理念应用于产品的结构设计中的一项重要体现，快速且无破坏性的拆卸产品部件，有利于保证易于损坏部件的可替换性以及提高损坏部件回收的高效性。产品的可拆卸性设计需要满足以下几点原则：1.以最短的时间拆卸产品。产品结构尽量简化，采用简易的固定结构，避免种类繁多的自制零件，尽量采用批量化的标准零件装配，避免不同种类材料相互嵌套装配等。2.易于操作。拆卸面方便抓取。3.减少破坏。产品各部件结合与拆散过程可逆，避免拆散零件会对自身造成损坏或者对其他零件做成损坏。4.减少零件种类。产品的设计开发过程中，尽量使用国家标准零件，并减少零部件种类，避免增加不必要的组装难度，增加各零部件在配合上的和谐型与通用性。

（三）产品部件的回收性设计

产品部件的回收性设计是产品的绿色设计过程中必不可少的环节之一，其目的依然是通过产品设计时充分考虑产品零部件材料在报废后的回收可能性、回收处理方式、回收费用等问题及相应处理方法达到节约材料、减少浪费、降低环境污染的作用，是少量化原则的体现之一。在绿色产品的回收设计中，可回收材料及其标志的设计、可回收工艺与方法的设计、可回收性经济的评估以及可回收性产品部件的结构设计是主要的设计思路。现代设计中分类回收处理、以旧换新、鼓励用户循环利用等方式都算是面向产品的回收性设计手法。

（四）产品的绿色包装设计

现代产品设计师的职责不同于传统仅仅设计产品本身，从产品概念形成到生产制造再到销售服务以及最后的报废回收等各环节都在产品设计师的设计范畴内，产品的绿色包装设计与设计产品时贯彻的绿色设计思想如出一辙，是基于对环境保护的角度，低耗高能，用最环保、最少量的材料包装产品，表达出内部产品的主要信息。例如，同样是饭盒，以前的饭盒随意丢弃后无法降解，焚化处理更会产生严重的污染，而现在的饭盒不仅保证了其实用性还采用了便于降解和回收的环境友好型材料，一举两得，有更高的生态学效益以及商业价值。

（五）产品的绿色成本评估

绿色产品在评估成本时，不仅需要考虑其设计与开发、运输、销售等费用，还需要考虑到其产生污染物时相应的应对措施以及回收利用所消耗的工艺、人力物力等费用。因此，企业在进行产品的绿色设计时，应对设计的每个阶段的成本做好量化分析，分析比对各种材料、加工制造方法等带来的环境收益，使产品更加“绿色”，从而达到追求环境效益与商业价值共赢的目的。

四、结语

面对资源日益紧缺的今天，绿色设计响应可持续化生产发展道路，是现代设计发展的必然趋势，设计师理应顺应这种设计潮流，将绿色设计理念融入自己的专业设计中，对传统设计的不合理之处加以改良设计，对当下产品的材料提出合理的建议与意见，既保证了产品设计的环境效益性又能够带给用户更为舒适的使用感受，运用设计的力量平衡人与自然间的关系，为人们带来更高质、更安全的未来。

作者:刘智 曾勇 单位:南京工业大学艺术设计学院

参考文献：

[1]傅志红,彭玉成.产品的绿色设计方法[J].机械设计与研究，2000(2):10-12.

[2]陈璃.工业产品设计中的绿色观念的运用[J].艺术科技,2015:10.