产品设计工程基础培训教材.ppt

产品设计工程基础 贰产品结构设计 周年国编备上海交大媒体与设计学院设计系 结 构 结实 强健 牢固 用绳 线 皮条等绾成的疙瘩 被联结的状态 架木造屋 结构 构成事物整体的各个部分及其配搭 组合的方式 从产品设计的角度 可以将结构解释为构成产品的部件形式及部件间组合连接的方式 结构设计则是为了实现某种功能或适应某种材料而设计或改变产品构件形式及部件间组合连接方式 具体而言 结构设计就是要根据产品的功能原理确定构件的材料 形状 尺寸 加工工艺和装配方法等 产品结构设计是将产品设计的创意和构想转变为具体 实用 可行的产品的关键步骤 0 结 构 结实 强健 牢固 用绳 线 皮条等绾成的疙瘩 被联结的状态 架木造屋 结构 构成事物整体的各个部分及其配搭 组合的方式 一般来说 产品的结构设计属于工程师的设计范畴 但由于形态与结构的关系密切 设计师对产品结构设计的特点必须有充分的了解 只有这样在造型设计上才能有的放矢 在简单 实用 经济的原则基础上 充分表达所要构思的艺术形象 使产品在美与实用之间达到完美的平衡 0 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 1 理论基础 结构力学 主要研究工程结构 能够承受和传递外载的系统 受力和传力的规律 以及如何进行结构优化的学科 研究对象为杆 板 壳以及它们的组合体 如飞机机身和机翼 桥梁 屋架和承力墙等 学习其基本原理有助于我们设计出更科学的产品结构 为使产品构件具有足够的强度 往往需要通过计算以决定构件的尺寸 形态 结构 如汽车结构设计 但有些情况下也可以通过类比及经验来确定 如家具结构设计 力学结构 1 1 1 理论基础 1 1 1 内力与外力 物体 系统 的受力可以分为外力 外部物体施加 与内力 物体或系统内一部分对另一部分施加的力 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 力学结构 1 1 1 理论基础 1 1 2 载荷类型 拉 压 剪 弯 扭 静载 动载 循环载荷 受拉 压 构件 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 力学结构 1 1 1 理论基础 1 1 2 载荷类型 受扭构件 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 拉 压 剪 弯 扭 静载 动载 循环载荷 力学结构 1 1 1 理论基础 1 1 2 载荷类型 受弯构件 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 拉 压 剪 弯 扭 静载 动载 循环载荷 力学结构 1 1 1 理论基础 1 1 2 载荷类型 剪切 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 拉 压 剪 弯 扭 静载 动载 循环载荷 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 2 设计原则 1 2 1 等强度 所谓等强度原则是指使构件的各部分的强度均等 按等强度原理进行结构设计可以使材料得到充分利用 减轻重量 降低成本 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 2 设计原则 1 2 2 合理配置力流 产品中力在各零部件间传递 分配 力的传递轨迹称为力线 力线的汇集形成力流 通过力流的合理配置 可以使产品结构设计更为合理 有效 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 2 设计原则 1 2 2 合理配置力流 桁架结构 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 2 设计原则 1 2 2 合理配置力流 力流最短原理 按力流最短原理设计 传力简捷 可以使构件尽量单纯受拉或受压 避免受弯和扭 这样可使构件尺寸小 刚度好 用材省 反之 为提高构件弹性 则应加长力流路径 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 2 设计原则 1 2 2 合理配置力流 力流平缓原则 在构件截面变化处力流容易积聚 形成应力集中 降低构件强度 因此 应通过结构 圆角 卸载槽等 设计平缓力流 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 2 设计原则 1 2 3 力平衡 通过结构设计部分或全部地平衡产品在工作时所产生的无用力 以免构件受力不平衡 降低使用寿命 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 2 设计原则 1 2 4 充分利用材料性能 结构设计应能充分发挥材料的力学性能 根据载荷类型 大小及所使用的材料选择最为合适的结构形式 如 抗拉强度好 抗压强度小的材料 宜采用拉索结构 使其受拉 材料刚性好 韧性好宜采用框架结构 抗压性能好 则使构件承受压力的拱形结构则最适宜 反之亦然 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 3 承力结构 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 3 承力结构 各种桥梁的结构形式 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 3 承力结构 自行车车轮的结构形式 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 3 承力结构 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 4 增强结构 平面薄板可用多种结构加强 如波纹板 瓦楞板 空心板等等 薄壳结构强度明显好于平面形态 如蛋壳 即可用于增强产品及构件强度的措施和方法 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 4 增强结构 汽车车身多为饱满的流线造型 一方面是为着美观和减小风阻的考虑 另一方面也可以显著地提高车体材料的强度 即可用于增强产品及构件强度的措施和方法 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 4 增强结构 容器边沿及底部的增强结构设计 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 4 增强结构 容器边缘增强的设计 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 4 增强结构 箱体侧壁增强的设计 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 4 增强结构 塑料瓶底部的增强设计 其中 b 是球形瓶底附加了瓶托 为以前的可乐瓶采用的设计 现在已很少采用而改用 c 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 4 增强结构 瓶体纵向设计加强筋提高瓶体周向刚度的设计 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 4 增强结构 周转箱增强结构的设计 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 5 产品必须有足够的稳定性以保持形态及不倾翻 加强结构稳定性的措施 1 保证结构具有稳定的形式 如三角形 及足够的强度 包括构件自身强度及构件间的联接强度 2 保证结构重心垂直投影在支撑面内 3 尽量放低重心 加大支撑面 4 采用自平衡机构 使重心不偏离支撑面 结构稳定性 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 5 结构稳定性 三角形结构是一种最稳定的结构形式 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 5 结构稳定性 不倒翁纸巾桶 力学结构 产品结构首先考虑的就是力学结构问题 即以怎样的结构形式来承受产品使用过程中的外力而不破坏 不倾覆 而且重量轻 简单 巧妙 1 1 5 结构稳定性 视觉重心 而非结构重心 偏离支撑面时会产生紧张情绪及动态感受 储运结构 对产品的运输及储存结构的设计是结构设计的一个重要方面 储运结构设计的中心思想是如何在储运过程中减少体积 2 2 1 堆叠结构 主要是通过结构设计使制品间发生叠合关系 从而实现在储运过程中减少占用空间的目的 可堆叠结构 a b c 为三种较为典型的堆叠容器的边缘设计 d 的设计欠佳 容易开裂且很难分离 储运结构 对产品的运输及储存结构的设计是结构设计的一个重要方面 储运结构设计的中心思想是如何在储运过程中减少体积 2 2 1 堆叠结构 主要是通过结构设计使制品间发生叠合关系 从而实现在储运过程中减少占用空间的目的 椅子堆叠结构 可以有效 便捷 经济地实现储运需求 储运结构 对产品的运输及储存结构的设计是结构设计的一个重要方面 储运结构设计的中心思想是如何在储运过程中减少体积 2 2 1 堆叠结构 主要是通过结构设计使制品间发生叠合关系 从而实现在储运过程中减少占用空间的目的 套叠是将一系列大小不同但形态相同的物品组合在一起 特征是较大的完全容纳较小的 套叠结构可以有效的节省储运空间 同时也使产品充满智慧 富有情趣 储运结构 对产品的运输及储存结构的设计是结构设计的一个重要方面 储运结构设计的中心思想是如何在储运过程中减少体积 2 2 1 堆叠结构 主要是通过结构设计使制品间发生叠合关系 从而实现在储运过程中减少占用空间的目的 套叠是将一系列大小不同但形态相同的物品组合在一起 特征是较大的完全容纳较小的 套叠结构可以有效的节省储运空间 同时也使产品充满智慧 富有情趣 储运结构 对产品的运输及储存结构的设计是结构设计的一个重要方面 储运结构设计的中心思想是如何在储运过程中减少体积 2 2 1 堆叠结构 主要是通过结构设计使制品间发生叠合关系 从而实现在储运过程中减少占用空间的目的 套叠是将一系列大小不同但形态相同的物品组合在一起 特征是较大的完全容纳较小的 套叠结构可以有效的节省储运空间 同时也使产品充满智慧 富有情趣 储运结构 对产品的运输及储存结构的设计是结构设计的一个重要方面 储运结构设计的中心思想是如何在储运过程中减少体积 2 2 2 折叠结构 折叠结构是一种用时展开 不用时可以折起的结构 常见结构如雨伞等 折叠雨伞 带着走的亭子 折扇 折叠结构可以灵活实现产品的使用及非使用状态的转变 有效降低产品的储运空间 是产品设计的一个重要切入点和创新点 储运结构 对产品的运输及储存结构的设计是结构设计的一个重要方面 储运结构设计的中心思想是如何在储运过程中减少体积 2 2 2 折叠结构 折叠结构是一种用时展开 不用时可以折起的结构 常见结构如雨伞等 可折叠椅 折叠结构可以灵活实现产品的使用及非使用状态的转变 有效降低产品的储运空间 是产品设计的一个重要切入点和创新点 储运结构 对产品的运输及储存结构的设计是结构设计的一个重要方面 储运结构设计的中心思想是如何在储运过程中减少体积 2 2 2 折叠结构 折叠结构是一种用时展开 不用时可以折起的结构 常见结构如雨伞等 折叠结构可以灵活实现产品的使用及非使用状态的转变 有效降低产品的储运空间 是产品设计的一个重要切入点和创新点 可折叠自行车 储运结构 对产品的运输及储存结构的设计是结构设计的一个重要方面 储运结构设计的中心思想是如何在储运过程中减少体积 2 2 2 折叠结构 折叠结构是一种用时展开 不用时可以折起的结构 常见结构如雨伞等 折叠结构可以灵活实现产品的使用及非使用状态的转变 有效降低产品的储运空间 是产品设计的一个重要切入点和创新点 折叠产品 储运结构 对产品的运输及储存结构的设计是结构设计的一个重要方面 储运结构设计的中心思想是如何在储运过程中减少体积 2 2 2 折叠结构 折叠结构是一种用时展开 不用时可以折起的结构 常见结构如雨伞等 折叠结构可以灵活实现产品的使用及非使用状态的转变 有效降低产品的储运空间 是产品设计的一个重要切入点和创新点 折叠式房车 空间可放大三倍 储运结构 对产品的运输及储存结构的设计是结构设计的一个重要方面 储运结构设计的中心思想是如何在储运过程中减少体积 2 2 2 折叠结构 折叠结构是一种用时展开 不用时可以折起的结构 常见结构如雨伞等 可折叠键盘 折叠结构可以灵活实现产品的使用及非使用状态的转变 有效降低产品的储运空间 是产品设计的一个重要切入点和创新点 储运结构 对产品的运输及储存结构的设计是结构设计的一个重要方面 储运结构设计的中心思想是如何在储运过程中减少体积 2 2 3 伸缩结构 通过构件的伸长与收缩改变产品形态尺寸 实现储运 伸缩的主要结构形式有弹性伸缩 连杆机构伸缩及嵌套伸缩等 三脚架 嵌套伸缩 电动门 连杆机构伸缩 储运结构 对产品的运输及储存结构的设计是结构设计的一个重要方面 储运结构设计的中心思想是如何在储运过程中减少体积 2 2 3 伸缩结构 通过构件的伸长与收缩改变产品形态尺寸 实现储运 伸缩的主要结构形式有弹性伸缩 连杆机构伸缩及嵌套伸缩等 伸缩杯 弹性伸缩 储运结构 对产品的运输及储存结构的设计是结构设计的一个重要方面 储运结构设计的中心思想是如何在储运过程中减少体积 2 2 3 伸缩结构 通过构件的伸长与收缩改变产品形态尺寸 实现储运 伸缩的主要结构形式有弹性伸缩 连杆机构伸缩及嵌套伸缩等 卷缩式结构 储运结构 对产品的运输及储存结构的设计是结构设计的一个重要方面 储运结构设计的中心思想是如何在储运过程中减少体积 2 2 4 柔性结构 主要利用柔性材料 如塑料 织物等 柔软易折 收纳体积小等特性 使用时使其膨胀 利用水 空气 保持形态 充气家具 热气球 储运结构 对产品的运输及储存结构的设计是结构设计的一个重要方面 储运结构设计的中心思想是如何在储运过程中减少体积 2 2 4 柔性结构 主要利用柔性材料 如塑料 织物等 柔软易折 收纳体积小等特性 使用时使其膨胀 利用水 空气 保持形态 充气收缩音箱 可生产性结构 可生产性结构就是以最少的费用批量生产出符合必须的质量和性能要求的产品 3 3 1 加工工艺结构 不同的材料 不同的成型方法对产品的形式和结构有极高要求 产品结构设计应该对此加以适应 好的设计应该规定多种替代材料 其结构应尽可能适应多种材料的成型工艺 可生产性结构 可生产性结构就是以最少的费用批量生产出符合必须的质量和性能要求的产品 3 3 1 加工工艺结构 1 壁厚 与材料刚性及加工特性有关 在满足加工和制品性能的前提下 越薄越好 刚性好 流动性好的材料适于薄壁件的制作 可生产性结构 可生产性结构就是以最少的费用批量生产出符合必须的质量和性能要求的产品 3 3 1 加工工艺结构 壁厚均一化设计 可生产性结构 可生产性结构就是以最少的费用批量生产出符合必须的质量和性能要求的产品 3 3 1 加工工艺结构 2 圆角 尖角 直角部位是应力易集中的一个部位 因此应以圆角处理 设置圆角不仅可使应力分散 同时还能改善材料的流动性 也有利于制件脱模 同时也较为安全 美观 可生产性结构 可生产性结构就是以最少的费用批量生产出符合必须的质量和性能要求的产品 3 3 1 加工工艺结构 3 脱模 产品结构设计应避免在制造时脱模困难 如设计脱模斜度 避免侧壁内外表面有凹凸形状 可生产性结构 可生产性结构就是以最少的费用批量生产出符合必须的质量和性能要求的产品 3 3 1 加工工艺结构 4 加强筋的设计 b好于a 可生产性结构 可生产性结构就是以最少的费用批量生产出符合必须的质量和性能要求的产品 3 3 1 加工工艺结构 5 退刀槽 人机结构 产品最终是为人所使用的 产品结构设计不可避免地要考虑人的因素的影响 4 4 1 人体测量与结构设计 人体测量数据包括人体各部分结构尺寸 人体重量 操纵力等一系列统计数据 为产品结构及尺度设计提供依据 人机工程研究内容 人机结构 产品最终是为人所使用的 产品结构设计不可避免地要考虑人的因素的影响 4 4 1 人体测量与结构设计 人体测量 产品不仅应有精确的尺寸 也必须具备合理的尺度 尺度是用以衡量产品与人的关系的 人机结构 产品最终是为人所使用的 产品结构设计不可避免地要考虑人的因素的影响 4 4 2 使用姿态与结构设计 保证人在实际使用产品的过程中保持健康是产品结构设计的一个重要任务 成功的设计来自对人体解剖结构知识的了解和对使用者实际工作状态的深入而科学的研究 形随行 人机结构 产品最终是为人所使用的 产品结构设计不可避免地要考虑人的因素的影响 4 4 2 使用姿态与结构设计 健康的姿态是指人在工作时的一种舒适 高效的姿态 可保持较长时间而不会对人产生伤害 人机结构 产品最终是为人所使用的 产品结构设计不可避免地要考虑人的因素的影响 4 4 2 使用姿态与结构设计 工具的把手设计使工人在操作时身体及手腕均保持自然状态 其成功来自于设计师对操作工人工作时的姿态及受力所作的深入细致的研究 人机结构 产品最终是为人所使用的 产品结构设计不可避免地要考虑人的因素的影响 4 4 3 人体特征与结构设计 产品是人的延伸 应符合人体的解剖特征 成为人的身体的有机 部分 人机结构 产品最终是为人所使用的 产品结构设计不可避免地要考虑人的因素的影响 4 4 3 人体特征与结构设计 符合人耳解剖结构的耳机设计 人机结构 产品最终是为人所使用的 产品结构设计不可避免地要考虑人的因素的影响 4 4 3 人体特征与结构设计 符合人体特征的可调节椅子设计 功能结构 为实现各种功能 如夹紧 连接 而进行的结构设计 5 5 1 连接结构 构成产品的各个功能部件需要以各种方式连接固定在一起形成整体 以完成产品的设计功能 连接可分为静态连接和动态连接 动态连接即传动 静连接即一般意义上的连接结构 静连接又可分为可拆卸连接和不可拆卸连接 这是根据联接分开后被连接件是否被破坏为依据 功能结构 为实现各种功能 如夹紧 连接 而进行的结构设计 5 5 1 连接结构 5 1 1 插接 插接是最为直观和最容易拆卸的结构 应用极为广泛 纸的插接 功能结构 为实现各种功能 如夹紧 连接 而进行的结构设计 5 5 1 连接结构 5 1 1 插接 插接是最为直观和最容易拆卸的结构 应用极为广泛 榫卯连接 功能结构 为实现各种功能 如夹紧 连接 而进行的结构设计 5 5 1 连接结构 5 1 1 插接 插接是最为直观和最容易拆卸的结构 应用极为广泛 插接家具 功能结构 为实现各种功能 如夹紧 连接 而进行的结构设计 5 5 1 连接结构 5 1 1 插接 插接是最为直观和最容易拆卸的结构 应用极为广泛 巧妙的插接结构 功能结构 为实现各种功能 如夹紧 连接 而进行的结构设计 5 5 1 连接结构 5 1 2 弹性连接 靠材料本身的弹性来实现连接 尤其是塑料构件 结构简单 使用方便 功能结构 为实现各种功能 如夹紧 连接 而进行的结构设计 5 5