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桌面试剂成像仪的结构设计

Webmaster: ArtDesign | Time: 六月 8, 2018

摘    要:文章阐述了小型塑料电子产品的设计过程。通过一款实际产品案例的设计——桌面试剂成像仪,重点分析塑料产品结构设计的基本原则以及结合具体的案例怎样设计各部件之间的连接结构与装配关系。结果表明了塑料产品结构设计自身的设计思路和特点。说明在设计的过程中,通过造型与结构设计二者同时推进,相辅形成,可以节省很多产品制造上的麻烦。

 

关键词:结构设计;电子产品;成像仪;塑料

检    索:www.artdesign.org.cn

中图分类号:TB472        文献标志码:A        文章编号:1008-2832(2018)04-0102-03

 
引言

桌面试剂成像仪用于家庭中的医疗自测,通过对试剂卡中试剂测试样品进行图像拍摄后分析数据,以此来判断被试对象的身体状况。在产品设计过程中,创意与造型设计的完成并不是设计的终点,设计若想实现产品化并推向市场,还需经过结构设计、模具设计、表面处理等多个程序。这其中,产品结构设计是其中至关重要的一环。

一、产品的结构设计原则

结构设计在产品设计中占据重要的地位,是实现产品功能创新、交互方式创新和造型创新的重要途径。在实际的设计流程中,产品结构设计往往是一种“被动”式的设计,即要在已经成型的造型设计的基础上进行设计,这就需要在进行设计的过程中既不能破坏产品的造型美感,又要尊重产品的造型细节,如某些装饰嵌件、分型线的位置和形态、按钮的效果等。
产品结构设计大致可分为如下几个方面,即功能性结构设计、交互性结构设计和造型性结构设计,下面分别加以分析。

(一)功能性结构设计

功能性结构设计是指为了满足产品的功能而进行的结构设计。包括产品的结构固定、限位以及对产品结构强度和材料特性的把握等。功能性结构的设计是产品顺利实现其功能的重要保证。如图1所示为可租赁自行车的锁具结构设计,该设计主要针对产品各部件的位置固定和限位,以及针对钣金材料进行功能部件的划分。

 

 

(二)交互性结构设计

交互性结构设计是指为了实现产品的操作方式和交互方式而进行的结构设计。如产品部件的展开方式,产品按钮的响应方式,产品各功能的组合方式等。交互性结构设计能够保证产品在操作方式和交互方面的创新性。图2所示为不同时期的手机开盖方式的结构设计,不同的开启方式给用户带来的操作感觉不同,从而造成了产品交互方式的变迁。

(三)造型性结构设计

造型性结构设计是指为了保证产品的造型细节而进行的结构设计。这是结构设计中最难进行的环节,由于受到了造型的限制,结构要最大限度保证造型的完整性,这往往要牺牲结构设计的合理性。在整个过程中应该保证造型设计师和结构设计师之间沟通的顺畅,在某些细节问题上双方做出取舍和让步,有必要的话还要进行方案的修改。

二、桌面试剂成像仪的结构设计

(一)产品装配结构分析

该产品的造型设计由甲方委托相关工业设计公司完成,效果图如图3所示。该设计主要由三部分组成:上壳、中间装饰性嵌件、下壳。三部分应能主要通过卡扣进行自然的连接,且方便拆装与维护;产品内部主要结构为一个结构支架,可用来支撑摄像头、电路板等内部元件以及试剂卡的滑轨和卡槽设计;产品细部结构还包括底部的电池仓设计和电源开关结构设计,其中,电池仓要能容纳四节5号电池,而电源开关要实现能够透光的LED灯效果,以彰显科技感。

 

 
该设计的难点在于造型中间装饰性嵌件的设计。由于整体尺寸的原因,嵌件的宽度会很细小(<3.5mm),这就必然对其结构强度有着严格的要求,既要保证该细节的造型特点,又要保证其结构强度,同时还要兼顾模具设计的难度。
而由于造型设计已确定,在进行结构设计时不能以损害造型的细节设计为代价,所以只能从结构的功能性设计出发,以保证产品造型性结构的完整性。这也是此次结构设计的总原则。
经过初步的结构分析,决定在产品的内部设置支撑构件,该构件用来作为连接上下壳和支撑装饰嵌件,同时还能对试剂卡槽起到限制的作用。产品的总体爆炸图如图4所示。下面分别就结构设计的重要部件进行分析:

 

 

(二)试剂卡槽与滑轨之间的连接

之所以将卡槽与滑轨之间的连接作为首先要分析的结构,是因为对于整个结构设计来说,这部分的结构处于整个结构设计布局的核心位置。其装配关系如图5所示。

重点要说的是图中绿色的构件,该结构主要有两个功能:一是为产品装饰嵌件起到支撑的作用,二是为试剂卡槽和滑轨起到支撑和限位作用。先说前者,由于产品的要求是要做到上壳、嵌件和下壳三部分的卡接结构,如果三者直接连接的话,连接部位的壳体厚度会比较小,影响了产品结构的强度,而通过图中绿色部分的构件设计,可以将结构强度的要求转化到该构件部分,从外部看丝毫不影响外观;对于后者来说,该结构的存在则是必须的,因为卡槽与滑轨属于整个结构中最易损的部件,不断插拔试剂卡的过程也要求该部分能够有较为稳定的位置和结构,所以该部分与卡槽之间的配合方式选择较为牢固的螺纹连接。

(三)上壳与嵌件之间的连接

严格来说,上壳与嵌件之间没有直接连接,而是靠上文中提到的绿色构件作为桥梁进行连接的。具体的装配关系如下:上壳通过卡扣与绿色构建进行连接,嵌件通过卡槽与绿色构建进行连接。其中,上壳与绿色构件之间的连接较为牢固,而嵌件的连接部分则为接触连接,并不牢固,绿色的构件只是在不同的方向上对嵌件进行了限位,防止产品在使用的时候出现偏移或错位。因为就效果图来看,嵌件的设计较为轻薄,很容易在装配的时候把握不好位置精度。所以,对其进行限位设计是必要的。但嵌件还需要与下壳之间进行连接,以增加它的连接强度,该结构将在下文中进行讲解。具体的装配关系如图6(剖视图)所示。

 

 
(四)嵌件与下壳之间的连接

嵌件与下壳之间的连接同样是一个插接结构,而下壳与绿色构件的连接则为螺纹连接,这样就形成了一个以绿色构件为中心的较高强度的装配整体。而嵌件在上下壳都有牢固结构的基础上,被上下挤住,由于有严格的限位结构做支撑,它也获得了较为稳固的结构强度。这样,就完成了该结构设计中最核心的部分。可见,在结构设计过程中,要有清晰的设计思路,需要在保证产品造型设计不被改变的基础上,巧妙运用符合产品特征的结构连接方式,保证产品的结构强度和位置关系。该部分的具体装配关系如图7所示。

 

 
(五)其他部分的结构设计

首先说电池仓的设计,由于产品尺寸的限制,底部空间有限,所以,将四节电池分为两组,分别以立式和卧式两种方式放置,具体的结构如图8所示。
再说一下前面提到的产品开关设计,若想实现LED灯的透光效果,有如下方法:

1.可以购买自发光开关,即开关顶部自带led灯的开关。
2.选择轻薄的开关,在开关的侧面放置贴片led,视贴片放置的数量,可能会出现发光效果不均匀的现象。
3.如果按键与开关的位置可以错开,可以在按键正下方放置LED灯。

 

三、设计分析与总结

在产品设计过程中,造型设计与结构设计是其中很重要的两个环节。为了减少不必要的麻烦,整个方案的设计、评价和修改等各个环节的把控最好由两方的设计师共同参与完成,这样就可以在保证产品效果的同时实现简洁的结构设计,否则就会对设计的某一方造成较大的困扰。该设计就是在造型设计已经完成的前提下进行的结构设计,由于造型不能做大的变动,在空间配置和装配设计上,就要求结构设计要严格遵守产品的造型设计细节,不能做出较大的改动。
在结构设计过程中,要在严格遵循不同材质产品的加工工艺特点的前提下进行设计,同时还要考虑产品的装配顺序与拆装难度,以及产品的成本控制等。■

(甄丽坤   天津工艺美术职业学院;白仁飞<通讯作者>   天津科技大学)

 

 

 

参考文献:

[1] 黎恢来.产品结构设计实例教程—入门、提高、精通、求职[M].北京:电子工业出版社,2013.

[2] 刘宝顺.产品结构设计(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

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