1、1第第4 4章章 產品形態設計產品形態設計2學習目的和任務學習目的和任務: :了解工業產品功能分類方法，并能對現代生活中常見了解工業產品功能分類方法，并能對現代生活中常見的工業產品進行分類。的工業產品進行分類。根據產品功能、人與環境要求、結構要求、材料等條根據產品功能、人與環境要求、結構要求、材料等條件，設計產品形態的構成形式。件，設計產品形態的構成形式。熟悉多種連接構件形式。能根據設計要求，設計部件熟悉多種連接構件形式。能根據設計要求，設計部件的連接形式，明確產品構成形式與產品造型的關系。的連接形式，明確產品構成形式與產品造型的關系。34.1 4.1 單元空間構成法單元空間構成法4產品形態設

2、計概述產品形態設計概述1. 產品形態設計內容產品形態設計內容 產品形狀設計產品形狀設計實現產品功實現產品功能能 產品內涵設計產品內涵設計傳達情感和傳達情感和文化文化 對于一部分工業產品來說，產品設計是有明確的對于一部分工業產品來說，產品設計是有明確的使用目的性的，而另一部分工業產品則是追求裝飾效果。使用目的性的，而另一部分工業產品則是追求裝飾效果。 產品設計目標不同，其設計方法也完全不同。產品設計目標不同，其設計方法也完全不同。 這里我們主要討論技術含量較高、需要批量生產這里我們主要討論技術含量較高、需要批量生產的產品的形態設計方法。的產品的形態設計方法。 產品形態設計產品形態設計5（1）以傳

3、達文化內涵的產品形態設計）以傳達文化內涵的產品形態設計 對于強調傳達產品文化內涵，并能運用傳統制造方法實對于強調傳達產品文化內涵，并能運用傳統制造方法實現的產品，可從傳達產品文化、情感角度出發，運用現的產品，可從傳達產品文化、情感角度出發，運用形態美學法形態美學法，在確定采用哪種美學法則最能確切表達其設計目的后，再選擇相在確定采用哪種美學法則最能確切表達其設計目的后，再選擇相應的應的材料材料和和加工工藝加工工藝來完成。來完成。 這類設計一般出自傳統工業，如陶瓷制作、玻璃制造、家這類設計一般出自傳統工業，如陶瓷制作、玻璃制造、家具加工等。具加工等。 玻璃煙缸的形態設計玻璃煙缸的形態設計 紫砂茶壺

4、的形態設紫砂茶壺的形態設計計67（2）以實現產品功能為主的產品形態設計）以實現產品功能為主的產品形態設計 對結構復雜、生產批量大、制造難度高、強調產品的使對結構復雜、生產批量大、制造難度高、強調產品的使用功能的產品用功能的產品, 如：如：機械設備、儀器儀表、家用電器、通訊設備、機械設備、儀器儀表、家用電器、通訊設備、醫療器械醫療器械等產品，應首先考慮實現產品的等產品，應首先考慮實現產品的使用功能使用功能。 在此基礎上，再根據產品的在此基礎上，再根據產品的文化功能文化功能要求，探討合適的要求，探討合適的美學法則進行美學法則進行形態修飾形態修飾，以傳達設計的文化、情感等方面的內涵，以傳達設計的文化

5、、情感等方面的內涵，或強調產品使用功能的效果。或強調產品使用功能的效果。8 現代產品基本上都有現代產品基本上都有 實現產品使用功能和實現產品使用功能和 傳達設計文化多方面傳達設計文化多方面 的設計目的，這需要的設計目的，這需要 設計者有一定的設計者有一定的產品產品 結構、材料、工藝結構、材料、工藝等等 方面的設計知識，充方面的設計知識，充分把握設計的要求，分把握設計的要求， 掌握形態設計中掌握形態設計中二者二者 的比例關系的比例關系，才能設，才能設 計出優良的產品形態。計出優良的產品形態。儀器柜儀器柜電腦臺電腦臺 9 產品由功能到形態的設計過程產品由功能到形態的設計過程 產品功能需要通過選擇相

6、應的產品功能需要通過選擇相應的材料材料、合適的、合適的結構結構設計才得以設計才得以實現的，實現的，產品的結構產品的結構是是產品功能的載體產品功能的載體。 所以，這類產品設計應該首先設計實現產品使用功能的結構，所以，這類產品設計應該首先設計實現產品使用功能的結構， 然后在此基礎上，根據產品的精神功能的要求，對產品初級形態的然后在此基礎上，根據產品的精神功能的要求，對產品初級形態的 進行修正，如：強調產品的使用功能、強調產品的使用環境、強調進行修正，如：強調產品的使用功能、強調產品的使用環境、強調 產品的操作程序、強調加工產品企業的文化，等等。產品的操作程序、強調加工產品企業的文化，等等。10 產

7、品產品總功能總功能一級一級功能功能模塊模塊 二級二級單元空間單元空間 機構機構構件構件產品產品總體總體形態形態首先確定產品的主要功能，首先確定產品的主要功能，其次分解主功能為多個子功能的組合其次分解主功能為多個子功能的組合對已有的子功能按三種二級功能塊展開對已有的子功能按三種二級功能塊展開在確保實現產品總功能的同時，根據結構邏輯順序，組成多個產在確保實現產品總功能的同時，根據結構邏輯順序，組成多個產品總體形態品總體形態最后選取最佳可行的方案最后選取最佳可行的方案一級一級功能功能模塊模塊二級二級功能功能模塊模塊二級二級功能功能模塊模塊二級二級功能功能模塊模塊 一級一級單元空間單元空間構件構件 二

8、級二級單元空間單元空間 一級一級單元空間單元空間11 產品總功能的產品總功能的化整為零化整為零處理：處理：分解總功能為不同層次的各個分功能塊，這些分功能模塊都有具分解總功能為不同層次的各個分功能塊，這些分功能模塊都有具體、體、明確明確的目的，運用現代技術，通過各種購件、電器元件、機的目的，運用現代技術，通過各種購件、電器元件、機構實現每個功能模塊的目的，這就形成最初的結構單元空間構實現每個功能模塊的目的，這就形成最初的結構單元空間將這些初建的機構單元空間，通過一定的整理、修正，便形成各將這些初建的機構單元空間，通過一定的整理、修正，便形成各不同層次的單元空間（或模塊），將這些單元空間依據實現功

9、能不同層次的單元空間（或模塊），將這些單元空間依據實現功能的邏輯順序組合，便形成最初的產品形態。的邏輯順序組合，便形成最初的產品形態。功能邏輯順序可以有多種，選擇不同的功能邏輯順序，就會有不功能邏輯順序可以有多種，選擇不同的功能邏輯順序，就會有不同的產品整體形態。通過同的產品整體形態。通過結構優化評判結構優化評判和和形態修正形態修正，最終可確定，最終可確定最佳方案。最佳方案。12汽車的基礎模塊有汽車的基礎模塊有4個個根據排列組合方式計算，其組合形式有根據排列組合方式計算，其組合形式有24種，除去結構原理不種，除去結構原理不可能的部分，形成以上可能的部分，形成以上11種種構成方式。構成方式。實例

10、實例132.2.產品總功能的分解產品總功能的分解 產品總功能分解方法：產品總功能分解方法：(1)依據依據美學法則美學法則或或結構原理結構原理將產品總功能分解為各個分功能將產品總功能分解為各個分功能:如果產品設計不涉及較復雜的結構時，可直接按照美學法則進行分割如果產品設計不涉及較復雜的結構時，可直接按照美學法則進行分割;如果產品設計結構和原理較復雜，在熟悉實現各個功能的機構、構件以如果產品設計結構和原理較復雜，在熟悉實現各個功能的機構、構件以及電器元器件的基礎上進行合理的分解，分解出來的分功能模塊，就由及電器元器件的基礎上進行合理的分解，分解出來的分功能模塊，就由實現其目的相應結構來承擔。實現其

11、目的相應結構來承擔。 靜電吸塵靜電吸塵真空吸塵真空吸塵附著吸塵附著吸塵電電源源濾濾網網扇扇葉葉馬馬達達塵塵量量指指示示除除塵塵吸吸頭頭把把手手集集塵塵空空間間開開關關導導管管吸塵吸塵動力單元動力單元集塵單元集塵單元控制單元控制單元14 設定設定: M代表動力單元，代表動力單元，S代表集塵單元，代表集塵單元，C代表控制單元，代表控制單元， 通過簡圖可初步確定各單元空間構成產品總體的順序通過簡圖可初步確定各單元空間構成產品總體的順序. 15163. 3. 最初單元空間的確定最初單元空間的確定當產品基礎功能模塊與產品的基礎單元空間的相對應時，其產品總當產品基礎功能模塊與產品的基礎單元空間的相對應時，

12、其產品總功能就得以實現。功能就得以實現。實現某一個功能可能有多種方法，每一種方法都會有相應的元器件實現某一個功能可能有多種方法，每一種方法都會有相應的元器件或結構支撐，并形成相應的單元空間，或結構支撐，并形成相應的單元空間，在最初的單元空間的確定時，美學法則不是決定采用哪一種技術的在最初的單元空間的確定時，美學法則不是決定采用哪一種技術的先決條件，實現功能的先決條件，實現功能的技術是考慮的唯一因素技術是考慮的唯一因素。 實現單元功能目標的技術結構，有可能是實現單元功能目標的技術結構，有可能是以以固態形式固態形式展開，如：固定安裝的電子元器件、線路板等；展開，如：固定安裝的電子元器件、線路板等；

13、 一般在固態單元空間的設計中，要考慮元器件的一般在固態單元空間的設計中，要考慮元器件的安裝空間、安裝空間、散熱空間、調試空間、屏蔽空間散熱空間、調試空間、屏蔽空間等；等；以以動態形式動態形式展開，如：實現傳遞運動的四連桿機構、齒輪機構等。展開，如：實現傳遞運動的四連桿機構、齒輪機構等。 最初的動態空間，還要考慮最初的動態空間，還要考慮機構活動的最大空間機構活動的最大空間，不管是否，不管是否在工作中是否能被用到，這可能涉及零部件的安裝和調試空間。在工作中是否能被用到，這可能涉及零部件的安裝和調試空間。174. 功能邏輯順序組合法則功能邏輯順序組合法則采用單元空間構成法設計產品形態，采用單元空間構

14、成法設計產品形態，產品整體形態取決于產品各產品整體形態取決于產品各個單元空間的組合方式個單元空間的組合方式。在實際產品形態設計中，由于使用不同的材料、不同的理念、不在實際產品形態設計中，由于使用不同的材料、不同的理念、不同設計原理、不同的加工方法和工藝，實現同樣的產品功能，就同設計原理、不同的加工方法和工藝，實現同樣的產品功能，就會有多種不同的組合方式。會有多種不同的組合方式。 對于零件加工比較困難，產品結構比較復雜的產品形對于零件加工比較困難，產品結構比較復雜的產品形態設計，應態設計，應首先考慮有效實現產品功能的邏輯順序組首先考慮有效實現產品功能的邏輯順序組合合，按照邏輯功能的順序，按照邏輯

15、功能的順序將各個單元空間組合起來將各個單元空間組合起來，然后再通過美學法則進行修正，只有在實現產品使用然后再通過美學法則進行修正，只有在實現產品使用功能的前體下，才能完成產品形態的設計。功能的前體下，才能完成產品形態的設計。18案例案例4-1：清潔護欄車設計清潔護欄車設計（1）設計目標（）設計目標（功能功能） 為了保證人們交通安全，城市公路中間和兩邊，都設有交通為了保證人們交通安全，城市公路中間和兩邊，都設有交通護欄，但隨著時間的推移，交通護欄就會被灰塵污染，清洗護欄是護欄，但隨著時間的推移，交通護欄就會被灰塵污染，清洗護欄是一個繁重、工作量極大的活，只有當節日到來或有貴賓到來之前，一個繁重、

16、工作量極大的活，只有當節日到來或有貴賓到來之前，有關部門才會組織大量的人力進行人工清洗。設計一輛清潔交通護有關部門才會組織大量的人力進行人工清洗。設計一輛清潔交通護欄的清潔車，減輕人工清潔的勞動強度，又可以降低高壓水沖洗帶欄的清潔車，減輕人工清潔的勞動強度，又可以降低高壓水沖洗帶來的浪費水資源現象。目前，有的城市有用灑水改裝的清潔車。但來的浪費水資源現象。目前，有的城市有用灑水改裝的清潔車。但能源消耗過大，不經濟。能源消耗過大，不經濟。交通護欄交通護欄 清潔護欄車清潔護欄車19（2）產品功能分解）產品功能分解產品主要主要功能：用水沖洗城市馬路護欄，保護城市整潔產品主要主要功能：用水沖洗城市馬路

17、護欄，保護城市整潔 衛生，降低環衛工人勞動強度。衛生，降低環衛工人勞動強度。產品移動、動力：人的推力產品移動、動力：人的推力 為了降低成本，動力采用人推車，以車行走所產生的動力，來為了降低成本，動力采用人推車，以車行走所產生的動力，來實現清潔、沖洗功能。也可采用電瓶環保動力源來實現行車、清潔、實現清潔、沖洗功能。也可采用電瓶環保動力源來實現行車、清潔、沖洗等功能。沖洗等功能。20（3）產品結構形成）產品結構形成 該設計通過多種機械傳動裝置，實現城市馬路護欄清洗器設計與制該設計通過多種機械傳動裝置，實現城市馬路護欄清洗器設計與制造。造。產品整體采用車的形式實現移動，產品整體分解為產品整體采用車的

18、形式實現移動，產品整體分解為清潔系統、移動系統清潔系統、移動系統和和動力源動力源三個二級結構元素，然后根據設計功能和構件。三個二級結構元素，然后根據設計功能和構件。產品特點：使用方便，操作簡單，制造成本低，不排放任何有害氣體，產品特點：使用方便，操作簡單，制造成本低，不排放任何有害氣體， 是一款是一款“綠色綠色”的環保機械，應用前景廣闊。的環保機械，應用前景廣闊。21（4）產品構件設計）產品構件設計1）刷洗方式，立式旋轉，橫式旋轉，橫式排刷上下移動）刷洗方式，立式旋轉，橫式旋轉，橫式排刷上下移動2）扁嘴噴頭）扁嘴噴頭3）18寸橡膠標準輪胎寸橡膠標準輪胎4）按一個十字路口段所需用水設計水箱大小，

19、并通過人推最大能力為核定限）按一個十字路口段所需用水設計水箱大小，并通過人推最大能力為核定限制，并選擇標準型箱體。制，并選擇標準型箱體。5）6寸長尼龍毛旋轉刷，刷桿高寸長尼龍毛旋轉刷，刷桿高800mm。鏈輪系統鏈輪系統 毛刷旋轉系統毛刷旋轉系統 22（5）清潔車主要機構設計）清潔車主要機構設計 機構機構1：車輪轉動，通過一對鏈輪帶動軸：車輪轉動，通過一對鏈輪帶動軸3轉動，作為噴水和刷轉動的動力轉動，作為噴水和刷轉動的動力源。源。 機構機構2：小鏈輪轉動帶動一對錐齒輪嚙合旋轉，錐齒輪帶動立式刷軸轉動，：小鏈輪轉動帶動一對錐齒輪嚙合旋轉，錐齒輪帶動立式刷軸轉動， 實現刷洗動作。實現刷洗動作。 機構

20、機構3：小鏈軸通過凸輪轉動，壓迫水箱蓋上下移動，實現水壓，成為噴水：小鏈軸通過凸輪轉動，壓迫水箱蓋上下移動，實現水壓，成為噴水 動力。動力。23（6）產品主要機構尺寸設定）產品主要機構尺寸設定 依據產品各功能設計個機構，并確定各機構所需要的空依據產品各功能設計個機構，并確定各機構所需要的空間。間。1）鏈輪的傳動比設計）鏈輪的傳動比設計 人推著車步行速度人推著車步行速度 V0.8 m/s 城市公路每兩個消防栓之間的距離城市公路每兩個消防栓之間的距離 S500m 城市馬路中間的欄桿高度：城市馬路中間的欄桿高度：H930mm242）鏈輪和鏈條尺寸設計：）鏈輪和鏈條尺寸設計：選選ISO鏈號鏈號08A-

21、1 節距節距p12.7mm單排鏈，傳動比單排鏈，傳動比i =5, Z1 =18,則則Z2=90 鏈輪參數根據鏈輪參數根據GB1244-85計算得：計算得：(單位：單位：mm) 小鏈輪的尺寸小鏈輪的尺寸(Z1=18) 分度圓分度圓d1=73.14, 齒根圓齒根圓df1=65.19, da1=78, 最大軸凸緣直徑最大軸凸緣直徑dg1=58, 齒寬齒寬b1=8大鏈輪的尺寸大鏈輪的尺寸 Z2=90 分度圓分度圓d2=363.9, 齒根圓齒根圓df2=355.95, da2=370, 最大軸凸緣直徑最大軸凸緣直徑dg2=350, 齒寬齒寬b2=8齒側倒角齒側倒角 ba=0.13 p=1.651, 齒側

22、半徑齒側半徑 ra=12.7初選中心距初選中心距a0=(3050) p=381635mm 取取a0=600mm鏈長鏈長Lpo154.27取鏈長取鏈長Lpo155 節節取中心距取中心距a625mm253）鏈輪尺寸：）鏈輪尺寸：選選ISO鏈號鏈號08A-1 節距節距p12.7mm，單排鏈，單排鏈 傳動比傳動比i =5, Z1=18,則則Z2=90 鏈輪參數根氣據鏈輪參數根氣據GB1244-85計算得：計算得：(單位：單位：mm)小鏈輪的尺寸小鏈輪的尺寸(Z1=18) 分度圓分度圓d1=73.14, 齒根圓齒根圓df1=65.19, da1=78, 最大軸凸緣直徑最大軸凸緣直徑dg1=58, 齒寬齒

23、寬b1=8大鏈輪的尺寸大鏈輪的尺寸 Z2=90 分度圓分度圓d2=363.9, 齒根圓齒根圓df2=355.95, da2=370, 最大軸凸緣直徑最大軸凸緣直徑dg2=350, 齒寬齒寬b2=8齒側倒角齒側倒角 ba=0.13 p=1.651, 齒側半徑齒側半徑 ra=12.7初選中心距初選中心距a0=(3050) p=381635mm 取取a0=600mm鏈長鏈長Lpo 154.27取鏈長取鏈長Lpo155 節，節， 中心距中心距a=, 取取a625mm小鏈輪結構尺寸小鏈輪結構尺寸 系統傳遞系統系統傳遞系統264）齒輪結構設計）齒輪結構設計小齒輪小齒輪Z1=17 大齒輪大齒輪Z2=68 C

24、=0.2 ha*=1 模數模數m=2 壓力角壓力角20計算結果：計算結果：分錐角分錐角1142 27557分度圓直徑：分度圓直徑：d1=34 d2=136 錐矩錐矩R=70.09 齒寬齒寬b=20.21齒頂高齒頂高ha1=ha2= 2 齒根高齒根高hf1=hf2=2.4 全齒高全齒高h=4.4齒頂圓直徑齒頂圓直徑da1=37.88 da2=136.97 外錐高外錐高AK1=67.51 AK2=15.06齒頂角：齒頂角：a1=157 a2=157頂錐角：頂錐角：a1=1559 a2=755齒根角：齒根角：f1=157 f2=157根錐角：根錐角：f1=124 f1=740分度圓齒厚：分度圓齒厚：

25、S13.14 S23.14弦齒厚：弦齒厚：S-1=3.14 S-2=3.14端面重合度：端面重合度：1.73 齒向重全度齒向重全度0弦齒高：弦齒高：h-1=2.07 h-2=2.00當量齒數當量齒數 ZV1=17.52 ZV2=280.3727（7）產品整體形態設計）產品整體形態設計根據產品使用的設計方法不同，其產品有不同成型方式。對于運用根據產品使用的設計方法不同，其產品有不同成型方式。對于運用現代產品加工方式完成產品形態設計，其設計主要考慮現代產品加工方式完成產品形態設計，其設計主要考慮單元空間構單元空間構成法成法，由于該產品整體主要使用，由于該產品整體主要使用機械設計機械設計方法，因此，

26、該產品以單方法，因此，該產品以單元空間的元空間的功能邏輯順序功能邏輯順序為鏈接，產品整體形態設計主要由單元空間為鏈接，產品整體形態設計主要由單元空間組合形成。這就是組合形成。這就是單元空間構成法單元空間構成法。為了強調產品總體形態。為了強調產品總體形態的協調統一效果，在采用單元空間組合設計前，應盡量使各個單元的協調統一效果，在采用單元空間組合設計前，應盡量使各個單元空間有相同的空間有相同的設計因子設計因子，這樣才能保證產品總體形成整體的視覺效，這樣才能保證產品總體形成整體的視覺效應。應。28（8）產品整體設計風格與設計改進）產品整體設計風格與設計改進 由于產品設計采用了大量的標準件來降低產品的

27、制造成本，由于產品設計采用了大量的標準件來降低產品的制造成本，另外大型圓形輪子和矩形水箱的幾何形態早已將產品風格定位于另外大型圓形輪子和矩形水箱的幾何形態早已將產品風格定位于現現代主義設計風格代主義設計風格，產品其它構件，如：機構護欄、防護罩的設計風，產品其它構件，如：機構護欄、防護罩的設計風格也參考此設計風格，以便形成格也參考此設計風格，以便形成整體統一整體統一的效果。的效果。 結論：結論： 產品形態構成產品形態構成與實現產品功能的與實現產品功能的機構機構息息相關，與形成息息相關，與形成產品產品加工方法加工方法相關，產品總體形態風格應與產品相關，產品總體形態風格應與產品總體設總體設計目的計目

28、的相呼應。相呼應。產品形態構成產品形態構成必須通過必須通過尺寸尺寸固定下來，也就是設計固定下來，也就是設計量化量化。沒有量化的設計，只是空談，而工業產品的量化，是通沒有量化的設計，只是空談，而工業產品的量化，是通過專業語言過專業語言工程圖學工程圖學來表達。來表達。29 使用功能使用功能、文化功能、情感功能、文化功能、情感功能 選擇選擇材料材料、結構設計結構設計、加工、加工工藝工藝、形態設計、形態設計 產品結構產品結構是實現是實現產品功能產品功能的載體的載體 回顧：回顧：產品設計產品設計30 按類似產品結構進行分類：按類似產品結構進行分類： 純框架構成（健身器材、自行車）純框架構成（健身器材、自

29、行車） 整體框架整體框架 框架與殼體綜合構成（電器柜、電腦機箱）框架與殼體綜合構成（電器柜、電腦機箱） 整體殼體整體殼體 (包容體包容體 ) 虛體（茶壺、抽屜）虛體（茶壺、抽屜） 單元空間單元空間 靜態空間（電器元件）靜態空間（電器元件） 分類分類 動態空間（機構）動態空間（機構） 靜態（鉚接、焊靜態（鉚接、焊接）接） 桿與桿連接桿與桿連接 動態（活動鉸鏈）動態（活動鉸鏈） 靜態（螺釘連接、靜態（螺釘連接、焊接）焊接） 鉸鏈結構鉸鏈結構 塊與塊連接塊與塊連接 動態（活動鉸鏈、滑槽）動態（活動鉸鏈、滑槽） 靜態（螺釘連靜態（螺釘連接、焊接）接、焊接） 桿與塊連接桿與塊連接 動態（活動鉸鏈）動態（

30、活動鉸鏈）二、產品結構分類二、產品結構分類31 產品形態元素產品形態元素： 支撐件支撐件 支撐桿、板和框架支撐桿、板和框架 單位空間或體單位空間或體 元器件或機構占有空間元器件或機構占有空間 由殼體包容的使用空間由殼體包容的使用空間 構件構件連接兩個以上單位空間的零件組合體連接兩個以上單位空間的零件組合體 現代設計中大量使用連接構件，使之成為產品形態設計中現代設計中大量使用連接構件，使之成為產品形態設計中 不可缺少的內容，并對產品整體形態產生影響。不可缺少的內容，并對產品整體形態產生影響。 機構機構 實現傳遞運動和力的構件，實現功能要求的載體實現傳遞運動和力的構件，實現功能要求的載體機構機構1

31、鏈輪機構（噴水和刷轉動的動力源）鏈輪機構（噴水和刷轉動的動力源）機構機構2錐齒輪機構（錐齒輪嚙合旋轉帶動立式刷軸轉動，錐齒輪機構（錐齒輪嚙合旋轉帶動立式刷軸轉動， 實現刷洗動作）實現刷洗動作）機構機構3凸輪機構（凸輪轉動壓迫水箱蓋上下移動產生水凸輪機構（凸輪轉動壓迫水箱蓋上下移動產生水 壓，成為噴水動力）壓，成為噴水動力）321.1.整體框架結構整體框架結構 a) 純框架構成純框架構成 如：自動升降曬衣架、自行車、健身器材等如：自動升降曬衣架、自行車、健身器材等 b) 框架和板件構成框架和板件構成 擔負固定和承載零件的作用擔負固定和承載零件的作用 如：小學生用的課桌椅等如：小學生用的課桌椅等

32、c）板件包容整體）板件包容整體 擔負和承受小型元器件構成作用擔負和承受小型元器件構成作用 如：電腦機箱結構、電器柜等產品如：電腦機箱結構、電器柜等產品 自行車自行車 健身器材健身器材 六搖桿工業遙控器六搖桿工業遙控器332.2.單元空間組合形式單元空間組合形式 a) 純動態單元空間純動態單元空間由機構組成由機構組成 b) 靜態空間靜態空間 由固定元器件組成由固定元器件組成 c) 動、靜態綜合單元空間動、靜態綜合單元空間由固定元器件和機構組成由固定元器件和機構組成 d) 虛空間虛空間由純單元空間形成由純單元空間形成 如：茶壺結構、抽屜結構等；如：茶壺結構、抽屜結構等；戶外血氧儀戶外血氧儀343.

33、 3. 連接構件連接構件 連接構件可用于桿件與桿件的連接、塊與快的連接、桿件連接構件可用于桿件與桿件的連接、塊與快的連接、桿件與塊的連接。與塊的連接。 連接方式連接方式 固定連接固定連接 鉸鏈連接鉸鏈連接 現在許多設計者將連接構件設計內容列入了產品形態設現在許多設計者將連接構件設計內容列入了產品形態設計中。由于近代產品連接構件的頻繁使用以及在產品形態中所起計中。由于近代產品連接構件的頻繁使用以及在產品形態中所起的重要作用，的重要作用，連接構件已經成為現代產品形態構成的重連接構件已經成為現代產品形態構成的重要部分要部分。它們。它們在產品形態設計中的應用也將越來越廣泛。在產品形態設計中的應用也將越

34、來越廣泛。 35 從現代手機形態的發展看鉸鏈對手機形態的影響：從現代手機形態的發展看鉸鏈對手機形態的影響：不同方位的連接，不同形式的連接，可以創造出無窮無盡形態，給不同方位的連接，不同形式的連接，可以創造出無窮無盡形態，給我們帶來不同的心理感受。我們帶來不同的心理感受。上翻蓋手機上翻蓋手機滑蓋手機滑蓋手機360平面旋蓋手機平面旋蓋手機直板手機直板手機 直滑蓋手機直滑蓋手機36雙翻蓋手機雙翻蓋手機y2炫雙卡雙待雙翻蓋手機炫雙卡雙待雙翻蓋手機37 明基西門子明基西門子翻蓋也雙滑翻蓋也雙滑.38三、靜態單元空間的設計靜態單元空間的設計 20世紀世紀60年代，年代，電子工業電子工業的發展和新材料的出現

35、為產的發展和新材料的出現為產品外觀造型設計打開廣闊的空間，從電子管、晶體管、品外觀造型設計打開廣闊的空間，從電子管、晶體管、集成線路、集成塊、芯片的變化，集成線路、集成塊、芯片的變化，電子產品的體積順速電子產品的體積順速縮小縮小，電子管時代，電子管時代8人合圍、三層樓高的手機，變為只人合圍、三層樓高的手機，變為只有半個手掌大；曾經需要一幢小樓空間的計算機，現在有半個手掌大；曾經需要一幢小樓空間的計算機，現在只有一個手掌大，速度更快、信號更清晰。只有一個手掌大，速度更快、信號更清晰。 塑料塑料的可塑、防震、輕、絕緣等性能及其柔和的曲線征的可塑、防震、輕、絕緣等性能及其柔和的曲線征服了消費者，也為

36、設計師施展才華拓展的廣闊的空間。服了消費者，也為設計師施展才華拓展的廣闊的空間。 一改過去直線大平面的設計風格，一改過去直線大平面的設計風格，靜態空間靜態空間的形態設計的形態設計形式成為形式成為電子產品電子產品的主要構成形式的主要構成形式，降低了加工難度，降低了加工難度，使設計師可以把自己大部分的精力放在使設計師可以把自己大部分的精力放在優化產品形態設優化產品形態設計計方面。方面。39形態靜態空間設計程序得到簡化形態靜態空間設計程序得到簡化： 確定所有電器元件的必須的空間尺寸，包括線路板等。確定所有電器元件的必須的空間尺寸，包括線路板等。 考慮電器元件需要安裝的空間、電器元件的散熱空間以及調試

37、和考慮電器元件需要安裝的空間、電器元件的散熱空間以及調試和 維修等綜合空間。維修等綜合空間。 考慮環境條件的要求。考慮環境條件的要求。 如：具有靜態空間結構的儀器儀表，如果用于嚴肅的工作，可選用有嚴謹比例的如：具有靜態空間結構的儀器儀表，如果用于嚴肅的工作，可選用有嚴謹比例的矩形作外殼，矩形作外殼， 對于裝飾品、玩具產品，由于電子靜態空間尺寸遠遠小于產品整體尺寸，對于裝飾品、玩具產品，由于電子靜態空間尺寸遠遠小于產品整體尺寸，在產品整體采用文化定位的前提下，只需考慮各元器件被固定的形式和方法。在產品整體采用文化定位的前提下，只需考慮各元器件被固定的形式和方法。具有虛擬空間和動態空間的豆漿機具有

38、虛擬空間和動態空間的豆漿機 具有靜態空間的電腦主機箱具有靜態空間的電腦主機箱 40四、四、動態單元空間的設計動態單元空間的設計 產品結構是實現產品功能的載體，每個功能塊產品結構是實現產品功能的載體，每個功能塊都有相對應的結構、機構來實現其目的，當實現分功能都有相對應的結構、機構來實現其目的，當實現分功能目的是由機構來實現時，該單元空間即為動態單元空間。目的是由機構來實現時，該單元空間即為動態單元空間。 機械設計中的機構有很多種，如機械設計中的機構有很多種，如四桿機構、齒輪機構、四桿機構、齒輪機構、凸輪機構、行星機構。鏈輪機構凸輪機構、行星機構。鏈輪機構等，這里只通過對常用等，這里只通過對常用的

39、四連桿機構、凸輪機構等典型機構的分析，探討機構的四連桿機構、凸輪機構等典型機構的分析，探討機構最大單元空間確定最大單元空間確定的方法。的方法。 41 機構的作用機構的作用 實現產品的動態功能要求實現產品的動態功能要求 如帶傳動、鏈傳動、連桿機構、凸輪機構及齒輪機構等如帶傳動、鏈傳動、連桿機構、凸輪機構及齒輪機構等。 傳遞與改變運動和作用力傳遞與改變運動和作用力 在產品形態設計中，如有產品功能需要通過機構在產品形態設計中，如有產品功能需要通過機構功能來實現，將產品總功能分解為各個基礎功能塊，根功能來實現，將產品總功能分解為各個基礎功能塊，根據相應基礎功能塊要求，選擇相應典型機構完成一個個據相應基

40、礎功能塊要求，選擇相應典型機構完成一個個傳遞或轉換運動和力的功能，從而實現產品總體功能。傳遞或轉換運動和力的功能，從而實現產品總體功能。 產品設計師首先要在產品設計師首先要在熟悉典型機械機構熟悉典型機械機構的基礎上，的基礎上，根據功能需要根據功能需要選擇合適機構選擇合適機構，計算出各個機構所需空間，計算出各個機構所需空間，設定相應的基礎單元機構空間，按照功能邏輯和美學法設定相應的基礎單元機構空間，按照功能邏輯和美學法則將基礎單元機構空間實現產品總體組合。則將基礎單元機構空間實現產品總體組合。42（一）平面連桿機構（一）平面連桿機構 平面連桿機構是實現平面連桿機構是實現平面運動轉換平面運動轉換的

41、機構。的機構。 四桿機構：由四個構件組成的平面連桿機構四桿機構：由四個構件組成的平面連桿機構1. 1. 四桿機構的基本類型四桿機構的基本類型 雙曲柄機構雙曲柄機構 鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構 以以曲柄為原動件曲柄為原動件 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構平面連桿機構平面連桿機構 以以搖桿為原動件搖桿為原動件 滑塊四桿機構滑塊四桿機構43 2. 2. 鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構 以以4個轉動副（鉸鏈）連接個轉動副（鉸鏈）連接4個構件而成的機構稱為鉸鏈四桿機構個構件而成的機構稱為鉸鏈四桿機構. （1 1）曲柄搖桿機構）曲柄搖桿機構 構成：鉸鏈四桿機構的兩個連架桿中，一個是構成：鉸鏈四桿機構的兩個連架桿中，一個

42、是曲柄曲柄, 另一個是另一個是搖桿。搖桿。 功能：實現以下兩種運動轉換：功能：實現以下兩種運動轉換： a）以）以曲柄為原動件曲柄為原動件，可將，可將曲柄的連續轉動轉換為搖桿的往返擺動曲柄的連續轉動轉換為搖桿的往返擺動。 b）以）以搖桿為原動件搖桿為原動件，可將，可將搖桿的往返擺動搖桿的往返擺動轉換為轉換為曲柄的連續轉動曲柄的連續轉動 。 破碎機的破碎機構破碎機的破碎機構 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構(攪拌機攪拌機)運動平面的最大尺寸運動平面的最大尺寸是以曲柄工作狀態在直徑最左端到曲柄工作到最右端，是以曲柄工作狀態在直徑最左端到曲柄工作到最右端，搖桿擺至最右端時，以及搖桿垂直地面高度為依據來確定運動

43、空間。搖桿擺至最右端時，以及搖桿垂直地面高度為依據來確定運動空間。即運動空間的長即運動空間的長=AB+AD+cosDC DC為高為高44（2 2）雙曲柄機構）雙曲柄機構構成：鉸鏈四桿機構的兩個連架桿均為曲柄構成：鉸鏈四桿機構的兩個連架桿均為曲柄功能：雙曲柄機構中的任一個功能：雙曲柄機構中的任一個曲柄曲柄均可作為原動件，均可作為原動件， 由原動曲柄旋轉帶動從動曲柄旋轉。由原動曲柄旋轉帶動從動曲柄旋轉。 注意：雙曲柄機構與齒輪傳動、帶輪傳動等實現的運動轉換在性注意：雙曲柄機構與齒輪傳動、帶輪傳動等實現的運動轉換在性質質 上有所有不同。上有所有不同。 設：曲柄設：曲柄AB為原動件，當曲柄為原動件，當

44、曲柄AB順時時轉過順時時轉過180時，從動曲柄時，從動曲柄DC轉過轉過180回到回到 起始位置起始位置AB時，曲柄時，曲柄DC則轉過角度則轉過角度a2回到回到DC則起始位置。則起始位置。 運動空間長度運動空間長度= 兩曲柄長度與固定鏈接距離之和，兩曲柄長度與固定鏈接距離之和，即：即：AB+DC+AD雙曲柄機構的運動雙曲柄機構的運動 45(3(3）雙搖桿機構）雙搖桿機構構成：鉸鏈四桿機構的兩個連架桿均為搖桿構成：鉸鏈四桿機構的兩個連架桿均為搖桿功能：雙搖桿機構中的任一個活動件（搖桿或連桿）均可作為功能：雙搖桿機構中的任一個活動件（搖桿或連桿）均可作為原動原動 件件，使兩個搖桿均實現往返擺動。，使

45、兩個搖桿均實現往返擺動。運用空間的長度運用空間的長度 = cosAB+AD+cosDC，高度為，高度為DC.463.3.滑塊四桿機構（簡稱滑塊機構）滑塊四桿機構（簡稱滑塊機構） 構成：四桿機構中含有移動副。構成：四桿機構中含有移動副。 基本形式：曲柄滑塊機構、導桿機構、搖桿機構基本形式：曲柄滑塊機構、導桿機構、搖桿機構 定塊機構定塊機構 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構由曲柄、連桿、滑塊和機架組成的機構由曲柄、連桿、滑塊和機架組成的機構滑塊滑塊與機架與機架4用用移動副移動副相連，與連桿相連，與連桿2用用轉動副轉動副相連。相連。滑塊行程滑塊行程機構中滑塊往返運動兩極限點間（機構中滑塊往返運動兩極限點間（

46、H）偏心距偏心距 e對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構長為：對心曲柄滑塊機構長為：2AB+BC, 高為：高為：AB 47案例案例4-1：汽車前窗刮水器設計汽車前窗刮水器設計汽車前窗刮水器擊鼓的運動簡圖汽車前窗刮水器擊鼓的運動簡圖主動件曲柄主動件曲柄AB旋轉帶動從動件搖桿往返擺動，旋轉帶動從動件搖桿往返擺動， 利用搖桿的延長段在前窗刮水。利用搖桿的延長段在前窗刮水。刮水器也可以用其他兩個機構來實現。刮水器也可以用其他兩個機構來實現。汽車前窗刮水器機構汽車前窗刮水器機構 平行四邊形機構應用實例平行四邊形機構應用實例 48 案例案例4-24-2：駕駛椅移

47、動機構設計駕駛椅移動機構設計 a）圖為載貨汽車里擺椅）圖為載貨汽車里擺椅所用的平行四邊形機構所用的平行四邊形機構 結構設計：機構上的結構設計：機構上的A0B0與椅與椅子連板上的子連板上的AB能在運動中保持能在運動中保持互相平行互相平行 實現功能：實現功能： 無論小個子駕駛員要向前向下無論小個子駕駛員要向前向下移動椅子靠背，或大個子駕駛員要向后移動椅子靠背，或大個子駕駛員要向后向上移動椅子靠背，椅子只移動不轉動，向上移動椅子靠背，椅子只移動不轉動，可維持椅子面靠背的可維持椅子面靠背的傾角度不改變傾角度不改變。平行四邊形機構應用實例平行四邊形機構應用實例 49案例案例4-3：萬能平移尺移動機構：萬

48、能平移尺移動機構機構中機構中ABCD是一個平行四邊形機構，是一個平行四邊形機構，EHGF是另一個平行四邊形是另一個平行四邊形機構，分屬兩個幾個機構的機構，分屬兩個幾個機構的D、C兩點和兩點和E、F兩點又全固定在一塊兩點又全固定在一塊板上，一次無論怎樣推移丁字尺，板上，一次無論怎樣推移丁字尺，DC始終保持與始終保持與AB平行，平行，EF始終始終保持與保持與HG平行于是能保證固定在尺架上的丁字尺的角度不變。平行于是能保證固定在尺架上的丁字尺的角度不變。 50案例案例4-4：公共汽車的車門開關機構：公共汽車的車門開關機構公共汽車門的上方裝有一個壓縮空氣汽缸，駕駛員在駕駛室按電門公共汽車門的上方裝有一

49、個壓縮空氣汽缸，駕駛員在駕駛室按電門開關，汽缸活塞桿伸出或縮回，就可實現開關車門，這個動作是通開關，汽缸活塞桿伸出或縮回，就可實現開關車門，這個動作是通過四連桿機構來實現的。過四連桿機構來實現的。構件構件6、5分別是左車門和右車門，圖中活塞桿分別是左車門和右車門，圖中活塞桿7處于從汽缸處于從汽缸8伸出的位置，對應著左右車門處于伸出的位置，對應著左右車門處于關閉，該四桿機構由主動曲柄關閉，該四桿機構由主動曲柄1、從動曲柄、從動曲柄3、連桿、連桿2和機架和機架4組成；左車門組成；左車門6與曲柄與曲柄1固結，右車固結，右車門門5與從動曲柄與從動曲柄3固結，主動曲柄固結，主動曲柄1的延伸段的延伸段AE

50、與活塞桿以鉸鏈與活塞桿以鉸鏈E連接。當活塞桿縮回汽缸，鉸鏈連接。當活塞桿縮回汽缸，鉸鏈E帶動主動曲柄帶動主動曲柄1和左車門和左車門6均逆時針轉過均逆時針轉過a角度，主動曲柄角度，主動曲柄1的一端從的一端從B1到達到達B2 位置，通過連桿位置，通過連桿2把從動曲柄把從動曲柄3的一端從的一端從C1推到推到C2 位置，使從動曲軸位置，使從動曲軸3和右車門和右車門5均順時針轉過均順時針轉過a角度，于是左右角度，于是左右兩車門就打開了。（雙點劃線表示開門狀態下雙門和機構的位置）兩車門就打開了。（雙點劃線表示開門狀態下雙門和機構的位置）51設計師：阿奇爾設計師：阿奇爾.卡斯蒂格林里（意大利）卡斯蒂格林里（意大利）分析：這張靈活多變的桌子分析：這張靈活多變的桌子/擱物架是由意大利一位聲望很高的設計師阿奇擱物架是由意大利一位聲望很高的設計師阿奇爾爾.卡斯蒂格林里在卡斯蒂格林里