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浅谈工业设计中的机构设计应用

摘 要：工业设计是现代科技与艺术融合的学科, 工业设计师必须有着广泛的知识面，其中理工类技术知识占有非常重要的地位。工业设计专业的学生对工程类课程却缺乏兴趣和深入的学习。本文从机构设计对产品的功能、形态等的影响强调它在产品设计上的重要性，说明充分了解理视察试样的不同部位工类知识才能更好地进行产品设计。

关键词：工业设计 机构设计 平行四边形机构 曲柄

1、前言

工业设计是现代科技与艺术融合的学科，工业设计师不是艺术家，但是他必须掌握时代的美学特征和文化倾向，必须有良好的艺术素养。工业设计师又不同于工程师，工程师的任务是解决机器之间即钢件物与物的关系，而工业设计师则是解决人与机器即人与物的关系，是使科技为人服务。相对专业纵向比较深的工程师来说，工业设计师的专业横向比较宽。要担当一个好的工业设计师，必须有着广泛的知识面，必须熟悉相关知识的发展动向。工业设计师应该掌握新的技术，很好地了解产品的功能以及生产过程的制造工艺;应该懂得机械知识、美学知识还有成本核算知识甚至生态和环保知识。也就是说它们进行产品设计师要考虑的并非是一种要素即可，而要考虑很多要素的综合关系。总的来说，工业设计的四大要素分别为人的要素、技术要素、市场环境要素和审美要素，其中技术要素是使产品设计的构想变为事实的关键要素。工业设计在中国还比较年轻，事实上，在很多单位的结构工程师一直在担负工业设计师和结构工程师的双重任务。而相对工业设计而言，机械结构工程师最缺乏的是设计的创造性、超前意识和创新能力，以及对于时代美学特征和文化倾向的认识和把握，缺少将美学原则合理地应用于工业产品设计中的能力。即使是工业设备这样形体相对简单的产品，在它的结构造型等方面也还是有着许多值得深究的内容，许多以往不合理、不完善的方面，也还要不断地创意，不断探求新的规律，了解社会对产品需求的趋向、社会品味的趋向也是很重要的。而这些正是工业设计师所具备的长处。但是作为工业设计师要想更好地履行自己的职责，更好地和工程师进行合作，就必须对多方面的科技知识进行了解。目前，大多数高等院校的工业设计专业设置两个类别：理工类和艺术类。对于和技术因素紧密相关的理工类课程的学习，这两个方向的学生都存在一定的问题：理工类的学生由于大多没有接受过专门的艺术基础训练，因此对此类课程比较重视而忽视了相应的理工基础课程；艺术类的学生比较重视工程类课程，但会因这方面的基础较差而没有深入学习的能力，因此对类似机械设计基础、模具设计等课程也是粗浅地学习。本文选取理工类课程的一个小部分：机构设计加以分析，重点强调机构设计在产品设计中的重要性、学生系统学习机构设计高于凝点2.5C的点称之为活动点或倾点的必要性，并通过一些常见的优秀的设计实例来增强学生对课程的理解和兴趣，消除其抵触心理。

2、机构是整个产品设计中一个不可缺少的部分

机构在产品设计中占有很重要的位置，是整个产品构成中一个不可缺少的部分。它与产品设计有着不可分割的内在联系，与构成产品的各种要素有着千丝万缕的联系，直接影响到产品设计中的功能、形态等最基本的要素。并不是每个工业设计都知晓结构设计的概念，然而每个产品设计中却无一例外的包含着机构设计的思想和内容。作为工业设计师非常有必要对机构的内容有一定的了解和掌握。功能上，机构除了直接为满足和达到产品的基本功能外，对改善和扩展产品功能起到直接作用。如椅子，当增加了玻璃印刷升降机构以后，可根据需要随意调整高度，增加使用的舒适度。家具或其它一些物品采用了折叠机构后，就可增加使用的弹性，扩大使用的范围，使原来的产品功能获得了扩展和延伸。从最常用的机构——平面连杆机构在产品设计上的应用来进一步对二者的关系作以说明。最常用的机构为平面连杆机构，凸轮机构和间歇运动机构三种。平面连杆机构中最为常用的是由4根杆组成的平面四杆机构，它亦是最基本的平面连杆机构。铰链四杆机构有三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。除基本形式的铰链平面四杆机构外，还有由此演化而成的其它形式的平面四杆机构——曲柄滑块机构、导杆机构、摇块机构和定块机构。公共汽车上的机械开门装彭州置和窗户的开启装置很多都采用了曲柄滑块机构。而在双曲柄结构中，若其相对两杆平行且相等则成为平行四边形结构。这种结构的运动特点是其两曲柄可以相同的角速度同向转动，而连杆做平移运动。在日常的产品设计中有许多例子是采用了这个机构的。例如图1所示的著名的苍鹭台灯（Heron）：这盏灯能屈能伸，即使高度改变了，反光罩与工作面仍能始终保持水平状态，它的形态多少像是抽象的“苍鹭”，色彩变化很时尚：黑、白、黄、蓝和红及金属色系的银色。出色的形态、靓丽的色彩、杰出的功能使得它成为一个令人难忘的设计。这盏灯最为独特的特点就是虽然高度发生变化，但灯头始终和桌面平行，而这一点恰恰就是因为应用了平行四边形机构,图2简单地表示了苍鹭台灯中螺丝、垫圈与螺母的装配关系。虽然在理论上讲似乎比较简单，但真正能将它应用在具体的产品设计中却并不容易。

设想最初设计师有了这样一个设计想法，或者说对产品有了这样一个需求，那么他就寻找有什么方法来实现这个功能。平行四边形机构可以实现，最终经过严谨的设计得到这个经典的产品。如果产品设计师对这些基本的机构概不了解的话，这些优秀的作品恐怕就不会产生。应用这个机构还产生了各种样式繁多的折叠椅设计，如图3、4、5、6所示，它们形态各异，但是都应用了这个机构，使其都能实现折叠的功能。形态上，济南实验机厂济南新时期试金仪器有限公司到现在生产制造已10余年了由于机构是由各种构件组成的，而构件的组合形式必然会影响到产品的基本结构，从而最终影响到产品的外部形态：如自行车、助力自行车及摩托车，由于它们之间的传动机构不同，表现在各自的形态上有着显著的差别。即使是使用了同一种机构，产品的形态也会有许多变化。本文所展示的系列折叠椅设计是一个典型的例子。还有一个典型的通过机构改变形态的例子是OrangeX公司的Ojex手动榨汁机，如图7所示。OrangeX公司是南美最大的榨汁机制造商，其产品在美国市场上也很畅销。Ojex是OrangeX 1998年进军家用榨汁机市场时与Smart设计公司合作开发的经典之作。

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而Ojex的机械结构颠覆了传统。虽然都是用了曲柄摇杆机构，但传统榨汁机的曲轴摇柄放置在压扁水果的机身后面，与底座成反方向，这使整部机占用的面积很大。Ojex的曲轴摇柄被固定到机身的前面，与底座、机身同一方向，使占用的空间大大缩小。而倒转的曲轴摇柄使杠杆的支点后置，从而使臂力不大的妇女和儿童压榨水果时，比以前省力多了。机构除了对产品的功能、形态有着直接的影响外，对产品的一些其它因素也有着不可分割的内在联系。通常，机械功能要依靠一定的机构在一定的能的转化状态中才能得以实现。

因此，不同的能源使用将涉及到不同的机构形式，并随之影响到产品的其它因素。例如，一辆车子可以用电力、柴油、汽油、液化气，甚至太阳能等能源来驱动。由于能源和能源利用方式、效率等的不同，都将直接影响到与产品有关的诸如生产成本、使用成本、环境效果等方面。另外，机构本身设计的合理与否也将影响到产品的操作性能、安全性能及使用寿命等。

3、结束语

通过对机构的深入学习，工业设计师可进一步了解和体会机构与形态、机构与功能之间的内在关系，从而提高形态设计创造的科学性与合理性；增强对设计的工程意识，培养和扩展对机构的想象力及设计思维能力，提高创新能力，为加强和提高对产品深层次的设计能力，为较为复杂的形态结构创造打下良好的基础。从机构设计在工业设计的应用上可以对工程理论课程在工业设计专业的重要性略见一斑。

因此，作为工业设计师，非常有必要充实、完善自己的知识构成，加借由色采的缤纷来发掘大自然的魅力深自己对于工程理论知识的了解和掌握，在产品设计的过程中不再只是为产品提供外观的造型和色彩，而是除此之外能更加主动地与工程师共同合作解决各种问题，努力作好一个真正的工业设计师。

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