功能逻辑顺序组合法则

（三）功能逻辑顺序组合法则

采用单元空间构成法设计产品形态，产品的整体形态取决于产品各个单元空间的组合方式。在实际产品形态设计中，为实现同样的产品功能，使用的材料、设计理念、设计原理、加工方法及工艺等不同，就会形成多种不同的组合方式。对于零件加工比较困难、产品结构比较复杂的产品形态设计，应首先考虑有效实现产品功能的逻辑顺序组合，按照逻辑功能的顺序将各个单元空间组合起来，然后再通过美学法则进行修正。只有在实现产品使用功能的前提下，才能完成产品形态的设计。

案例4-1：交通护栏清洁车形态设计

1.设计目标（功能）的提出

为了保证人们的交通安全，城市公路中间和两边，都设有交通护栏，但随着时间的推移，交通护栏就会被灰尘污染，清洗护栏是一件繁重、工作量极大的工作，只有当节日到来或有贵宾到来之前，有关部门才会组织大量的人力进行人工清洗。设计一辆清洁交通护栏的清洁车，既可以减轻人工清洁的劳动强度，又可以降低高压水冲洗带来的浪费水资源现象。目前，有的城市使用洒水车改装的清洁车，但能源消耗过大，不经济（见图4.6）。

图4.6

2.产品功能分解

产品主要功能是实现清洁交通护栏，产品的输入和输出元素是水和人的推力，也就是清洁功能是通过水冲洗来完成，驱使产品移动和清洁的动力是人的推力。为了降低成本，动力采用人推车，以车行走产生的动力，来实现清洁、冲洗功能。当然，也可采用电瓶环保动力源来实现行车、清洁、冲洗等功能，现在主要是讨论运用机构、模块结构等机械设计方式来实现产品的功能目的。

3.产品结构形成

本设计通过多种机械传动装置，实现城市马路护栏清洗器的设计与制造。产品整体采用车的形式实现移动，产品整体分解为清洁系统、移动系统和动力源三个二级结构元素，然后设计其功能和构件。功能主要是用于城市马路上护栏的清洗，保持城市整洁卫生，为环卫工人降低劳动强度。这种清洗器使用方便、操作简单、制造成本低，对环境能起到保护作用且不排放任何有害气体，是一款“绿色”的环保机械。与市场上的同类环卫机械相比，该产品具有不可忽视的优势：使用方便、经济、环保，应用前景广阔。

4.产品构件设计

①刷洗方式，立式旋转，横式旋转，横式排刷上下移动；

②扁嘴喷头；

③18英寸橡胶标准轮胎；

④按一个十字路口段所需用水设计水箱大小，并通过人推最大能力核定限制，选择标准型箱体；

⑤6寸长尼龙毛旋转刷，刷杆高800毫米。

5.清洁车主要机构设计

机构1：车轮转动，通过一对链轮带动轴转动，作为喷水和刷转动的动力源。

机构2：小链轮转动带动一对锥齿轮啮合旋转，锥齿轮带动立式刷轴转动，实现刷洗动作(见图4.7）。

图4.7

机构3：小链轴通过凸轮转动，压迫水箱盖上下移动，实现水压，成为喷水动力（见图4.8）。

图4.8

6.产品主要机构尺寸设定

依据产品各分功能设计各机构，并确定各机构所需要的空间。

（1）链轮的传动比设计

人推着车步行速度V≈0.8m/s

城市公路每两个消防栓之间的距离S≈500m

城市马路中间的栏杆高度H≈930mm

（2）链轮和链条尺寸设计

选ISO链号08A-1，节距p＝12.7mm，单排链

传动比i=5，Z₁=18，则Z₂=90

链轮参数根据G B1244-85计算：(单位：mm)

小链轮的尺寸(Z₁=18)：分度圆d₁=73.14，齿根圆d_f 1=65.19，d_a1=78

最大轴凸缘直径d_g1=58，齿宽b₁=8

大链轮的尺寸（Z₂=90）：分度圆d₂=363.9，齿根圆d_f 2=355.95，d_a2=370

最大轴凸缘直径d_g2=350，齿宽b₂=8

齿侧倒角b_a=0.13，p=1.651，齿侧半径r_a=12.7

初选中心距a₀=(30～50)，p=381～635mm，取a₀=600mm

链长，取链长L_po＝155节

中心距a=f₁p［2L_po-(Z₁+Z₂)］=623.4mm，取a＝625mm

（3）链轮尺寸

选ISO链号08A-1，节距p＝12.7mm，单排链

传动比i=5，Z₁=18，则Z₂=90

链轮参数根据G B1244-85计算：(单位：mm)

小链轮的尺寸(Z₁=18)：分度圆d₁=73.14，齿根圆d_f 1=65.19，d_a1=78

最大轴凸缘直径d_g1=58，齿宽b₁=8

大链轮的尺寸（Z₂=90）：分度圆d₂=363.9，齿根圆d_f 2=355.95，d_a2=370

最大轴凸缘直径d_g2=350，齿宽b₂=8

齿侧倒角b_a=0.13，p=1.651，齿侧半径r_a=12.7

初选中心距a₀=(30～50)p=381～635mm，取a₀=600mm

链长，取链长L_po＝155节

中心距a=f₁p［2L_po-(Z₁+Z₂)］=623.4mm，取a＝625mm

（4）齿轮结构设计

小齿轮Z₁=17，大齿轮Z₂=68，C=0.2，h_a*=1，模数m=2，压力角α＝20°

计算结果：

分锥角σ₁＝14°2′，σ₂＝75°57′

分度圆直径d₁=34，d₂=136

锥矩R=70.09

齿宽b=20.21

齿顶高h_a1=h_a2=2，齿根高h_f 1=h_f 2=2.4，全齿高h=4.4

齿顶圆直径d_a1=37.88，d_a2=136.97

外锥高A_K1=67.51，A_K2=15.06

齿顶角θ_a1=1°57′，θ_a2=1°57′

顶锥角σ_a1=15°59′，σ_a2=7°55′

齿根角θ_f1=1°57′，θ_f2=1°57′

根锥角σ_f1=12°4′，σ_f1=74°0′

分度圆齿厚S₁＝3.14，S₂＝3.14

弦齿厚S-1=3.14，S-2=3.14

端面重合度ε_α＝1.73

齿向重合度ε_β＝0

弦齿高h-1=2.07，h-2=2.00

当量齿数Z_V 1=17.52，Z_V 2=280.37

7.产品整体形态设计

产品使用的设计方法不同，其产品有不同成形方式。对于运用现代产品加工方式完成的产品形态设计，其设计主要考虑单元空间构成法。该产品整体主要使用机械设计方法，因此，该产品以单元空间的功能逻辑顺序为连接，产品整体形态设计主要由单元空间组合形成（见图4.9）。这就是单元空间构成法。为了强调产品总体形态的协调统一效果，在采用单元空间组合设计前，应尽量使各个单元空间有相同的设计因子，这样才能保证产品总体形成整体的视觉效应。

图4.9　按逻辑功能组合单元空间

8.产品整体设计风格与设计改进

产品设计采用了大量的标准件来降低产品的制造成本，此外，大型圆形轮子和矩形水箱的几何形态早已将产品风格定位于现代主义设计风格，产品其他构件（如机构护栏、防护罩）的设计风格也参考此设计风格，以便形成整体统一的效果。

结论：产品形态构成与实现产品功能的机构息息相关，与形成产品加工方法相关，产品总体形态风格应与产品总体设计目的相呼应。所有这些最后都必须通过尺寸固定下来，也就是量化设计。没有量化的设计，只是空谈，而工业产品的量化，是通过专业语言——工程图样来表达的。