“结构—功能”优化方式也就是利用结构本身自有的功能,通过综合设计的过程实现产品功能的过程。例如海豚是游泳速度最快的动物之一,其速度可以达到每小时50公里以上,甚至比一些轮船和鱼雷的速度都要快,那么海豚是怎么对抗快速前进时海水的阻力呢?海豚的皮肤很柔软,皮肤表面结构有无数中空突起,在海豚游泳的时候,能按照波浪的流动呈现出动态的起伏,这种皮肤的结构能够减少90%的摩擦阻力,因此利用“结构—功能”方法模仿海豚的皮肤,选用合适的材料设计潜水艇的外表面结构,大大减少海水的阻力。
利用这种方法实现产品结构系统的优化有三个步骤:从基本结构上认识事物、基于结构的产品分析、实现产品功能,接下来,对“结构——功能”方法的应用流程进行案例说明。
第一个步骤是从基本结构上认识事物,某些特定的结构因其自身的结构特点,具备特定的功能,例如齿轮机构是动力传递的一种形式、流线型的结构可以降低阻力、粗糙带纹理的结构可以增加表面摩擦力等等,在产品结构系统优化的时候经常利用这些特定的结构所带有的自身特性进行产品功能的设计。
第二个步骤是基于结构的产品分析。具体实施的过程是在结构功能和产品功能需求之间找到共同点,例如汽车的变速器要求实现改变传动比、传动方向、动力中断等目标,而齿轮机构正具有改变动力和运动传递的功能,二者在功能实现上具有共同点;为提高效率,对汽车的外观造型提出了降低风阻的要求,而流线型的产品结构能满足这种功能需求,结构与产品具备功能的共同点;娱乐运动用的滑板对稳定性和安全性提出了要求,而粗糙带纹理的结构能增加表面的摩擦力,因此具备这种能力的特定材料和结构被用于滑板的设计中。
第三个步骤是实现产品功能。这是一个设计深入的过程,也就是将选定的结构通过分析、计算、组合和再设计植入到产品系统中,成为能实现某种功能的产品或者产品结构。例如利用齿轮系统设计变速箱,要进行传动机构布置和方案分析、选择合适的零部件结构、进行传动比的计算和力学分析、进行主要参数的选择,进而实现变速箱要求的功能目标。
需要注意的是,用“结构——功能”方法进行产品结构的设计和整个产品系统的优化,适用于目的性明确、功能系统简单、系统层次比较少的产品设计。下面以“小型沙漠装载车”的设计为例,对利用“结构——功能”方法进行产品结构优化进行说明。
履带结构是工业产品设计中经常运用的基础结构,按照材料可以分为两种类型:钢制履带结构和橡胶履带结构。在进行相关产品结构设计的时候,具体采用哪种履带结构,主要依据动力条件和地面条件。钢制履带结构在军用坦克及大型装甲设备中应用广泛,主要特点是低质量、高强度、耐酸碱、耐高温,并且能满足阻燃、抗爆、抗静电等各种设计要求。橡胶胶履可以使用的环境温度-25度——+55度之间,多用于小型轻工业和小型工程机械行业,不适合有污染和异物的复杂路面。
履带结构因为接触面积大,可以降低单位面积受力,提高摩擦力,常用于行走机构的设计,该机构一般有三部分组成:
基本机构:包括最外层的履带、对履带其支撑作用的托带轮、承担大部分结构重量的负重轮、实现运动的驱动轮、实现方向改变状态的导向轮;(www.xing528.com)
张紧和缓冲机构:包括张紧装置和缓冲弹簧;
行走机构。
各部分示意见图3.4履带结构:
图3.4 履带结构
通过以上对于履带结构的分析,按照“结构——功能”方法的步骤,对产品结构系统展开设计,具体步骤见表3-2小型沙漠装载车结构优化:
表3-2 小型沙漠装载车结构优化
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