廚房秤結構設計

廚房秤結構設計【摘要】廚房秤在當今生活中中發(fā)揮了重要的作用。解決了人們在廚房中做菜時調(diào)料放多少的問題，得到了廣大消費者的喜歡。本文將針對廚房秤根據(jù)使用要求、外觀要求、性能要求及現(xiàn)有元器件，從結構設計理念概述、結構設計輔助軟件、項目介紹、結構設計具體流程以及最終3D效果展示等方面進行系統(tǒng)的闡述，完成整機的結構設計?！娟P鍵詞】：廚房秤；結構要求；設計流程；闡述目錄引言 1一、產(chǎn)品結構設計概述 2（一）產(chǎn)品結構設計簡介 2（二）產(chǎn)品結構設計的重要性 2（三）影響產(chǎn)品結構設計的主要因素 2（四）輔助設計軟件 3二、項目介紹 4（一）產(chǎn)品設計要求 4（二）產(chǎn)品設計前期分析 6（三）產(chǎn)品設計流程構思 6三、外殼設計 7（一）光柵圖像的導入與調(diào)節(jié) 7（二）曲線、曲面構建 8（三）抽殼與安裝空間驗證 11四、內(nèi)部結構設計 11（一）止口、插骨設計 11（二）元器件裝配結構設計 12（三）加強筋類結構設計 14（四）螺絲釘?shù)倪x用 15五、整機檢查與調(diào)整 16（一）結構布局調(diào)整 16（二）塑件壁厚分析 16（三）干涉分析 17（四）拔模分析 17六、3D效果展示 18總結 19參考文獻 20謝辭 21引言產(chǎn)品內(nèi)部結構的設計是整個產(chǎn)品設計的核心；一個好產(chǎn)品首先應該做到實用便民，因此，產(chǎn)品設計首先是對功能的要求，其次才是對產(chǎn)品形狀的考慮與設計。產(chǎn)品能否實現(xiàn)其各項功能的關鍵就在于一個優(yōu)秀的結構設計。結構設計是整個產(chǎn)品設計過程中最復雜、也是至關重要的一個工作環(huán)節(jié)。作為一個產(chǎn)品設計者既要運用一系列零件來實現(xiàn)各項功能，又要考慮產(chǎn)品結構以及外形方面的要求；要達到安全耐用、性能優(yōu)良、易于制造、降低成本。因此總體而言，產(chǎn)品的結構設計師應當具備全方位和多目標的空間想象力和協(xié)調(diào)整合能力。結構設計簡介（一）產(chǎn)品結構設計簡介產(chǎn)品的結構設計是指設計工程師在產(chǎn)品開發(fā)環(huán)節(jié)中以產(chǎn)品功能的內(nèi)部結構為依據(jù)進行產(chǎn)品設計。該項工作包括部分根據(jù)零件的外觀模型，確定固定的部分以及其他各個部分，產(chǎn)品使用和實現(xiàn)功能的運動方式等。在整個設計過程中最耗心力的一項工作就是工作鏈接結構設計。假設把數(shù)據(jù)處理過程和設計過程等同起來，零件性能設計為人們提供的僅僅是有限的數(shù)據(jù)。雖然這些的數(shù)據(jù)對設計非常重要，但每個結構的所有細節(jié)的部分，確定最終的大小幾何等多樣工作都是必須完成于設計階段。設計師也要配置一些相關的零部件，同時由于零件的構形與用途和其他的零件有關，所以為了做出更好的部件，為了能使各零件之間實現(xiàn)更好的配合，單個零件需要與其他零件共同進行結構的構造。在結構設計中，人們還要考慮如何使產(chǎn)品盡可能低成本、外表具有吸引力，便利簡單的維護，對環(huán)境沒有不良影響等。因此結構設計是“客觀”和“全面”的結合體，同時也具有靈活性和多樣性的特點。通常在產(chǎn)品設計時，要求或約束通常都是相對立的。一般而言，在高性能和低成本的要求下，結構設計必須面對這二者的需求和約束，并根據(jù)不同的限制程度在對立中達到整個設計的和諧統(tǒng)一。（二）產(chǎn)品結構設計的重要性產(chǎn)品結構設計是以實現(xiàn)產(chǎn)品的功能為目標而進行的創(chuàng)造性活動。隨著社會生產(chǎn)力的進步與提高，人們在物質(zhì)生活達到一定的水準之后便將視線轉(zhuǎn)移到精神生活的追求上，因此產(chǎn)品為了滿足消費者的需求，必須要達到技術與藝術的并存。設計師的產(chǎn)品設計涉及的是理論概念層面的內(nèi)容，必須在結構化的過程中體現(xiàn)出可行性才能實現(xiàn)設計師的理論概念。每個產(chǎn)品都有自己的結構，結構與其形式密切相關。產(chǎn)品的外部結構既體現(xiàn)出產(chǎn)品功能，也是產(chǎn)品形態(tài)的重要載體。產(chǎn)品內(nèi)部結構的技術是實現(xiàn)產(chǎn)品功能的，是影響內(nèi)部結構和外部形態(tài)的主要因素，它在很大程度上取決于設計時運用的理論概念。除此以外，產(chǎn)品的內(nèi)部結構與外部形態(tài)之間存在著一種包容的關系,有時產(chǎn)品的外形本身就是一種結構設計。（三）影響產(chǎn)品結構設計的主要因素產(chǎn)品結構設計的過程就是將產(chǎn)品設計的理論概念具體形象化的過程。產(chǎn)品設計過程中涉及的問題，主要是材料、工藝以及環(huán)保三個方面。由材料構成的產(chǎn)品,材料因素的影響大多體現(xiàn)在該產(chǎn)品的外部形式上。不同的材料其特性各異,人們對材料逐步認識并以此為基礎對其加以應用，不少新的結構由此開始發(fā)展。在工程材料之中，金屬和塑料在工業(yè)產(chǎn)品中有著普遍廣泛的處理和應用。產(chǎn)品設計的工藝性是實現(xiàn)產(chǎn)品結構設計的基礎，而它又與材料、加工方法密切聯(lián)系。通常情況下，塑料產(chǎn)品常用的制造工藝是注塑,鑒于塑料不均勻收縮，在設計過程中產(chǎn)品壁厚大小、均勻性、分型面等，都有對應的設計方法。設計的環(huán)保性是實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展宏偉目標的產(chǎn)物，所以在產(chǎn)品的結構設計中,為了延長產(chǎn)品的使用壽命，產(chǎn)品的相關零件應當具有可修復性以及更換的可行性;為了便于分類回收，不同材質(zhì)構件應當具有可拆分性;為了能減少資源和能源的消耗，產(chǎn)品要簡易化、功能化、環(huán)?；．a(chǎn)品結構設計中材料、工藝、環(huán)保三大因素對產(chǎn)品設計的影響不容小覷。設計師在綜合考慮這幾大要素的前提下才能設計出集技術與藝術于一體的產(chǎn)品。（四）使用軟件1、UGNX8.0軟件基本操作及技巧在本次的結構設計中，涉及了UG很多常用的建模、裝配命令。建模時第一步是確定好基準坐標系的位置，在繪制過程中以先加后減為基本原則。一些拉伸的曲線不需要建立草繪以減少繪制的工作量。當繪制空間曲線時，要借助組合投影。二維曲線的組合就可以使得復雜的曲線簡單化。再者，同步建模中的“移動面”、“偏置區(qū)域”“刪除面”等命令在繪圖時將很多步驟簡化、優(yōu)化。例如需要刪除某一個不規(guī)則曲面上的多余體時，如果選擇替換面的方式時，只需選擇“替換面”命令，將多余體的面選中并替換成曲面就可以了。裝配體文件時應當采用裝配模塊繪制，因為采取這種方法可以檢查裝配體之間的聯(lián)系情況，達到裝配過程的消耗最小化。比如說，當出現(xiàn)子部件的草繪、新建平面、曲線等不可見時，我們只要將它的“引用集”替換成“整個部件”即可。再引一例輔證：在確定各部件之間的干涉情況時，設計師可以借用“間隙集”進行分析找出干涉之處。UG指令操作時必須能夠做到嫻熟有序才能實現(xiàn)快速繪制。當然了，在繪制一段時間后要記得保存，避免參數(shù)丟失，導致功虧一簣。產(chǎn)品設計要求（一）設計要求1、廚房秤外形按照工業(yè)設計師繪樣圖進行設計。如圖2-1-1所示。圖2-1-1繪樣圖2、廚房秤設計說明項目內(nèi)容1結構工程師建立3D模型2根據(jù)內(nèi)部元器件建立3D模型3秤盤板1（改孔位）、導板2（改孔位）、平衡感應2、PCB1通用4電池倉引用下殼25側邊電源孔及結構引用下殼16下殼預留標貼貼位客戶提供元器件平衡感應1平衡感應2PCB1PCB2導板1導板2PET15號電池15號電池2秤盤板1托盤1秤盤板參考圖2-1-3。圖2-1-3秤盤板4、平衡感應如圖2-1-4。圖2-1-4平衡感應5、顯示器如圖2-1-5圖2-1-5顯示器（二）產(chǎn)品設計前期分析1、材料適合采用ABS（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物），可滿足正常的工作環(huán)境。用途：玩具、機殼、日常用品、汽車配件、家電外殼。特性：堅硬、不易碎、可涂膠水，工作溫度-50~+70℃，可燃燒。2、確定塑件的壁厚。塑件的壁厚取決于塑件的使用要求，如零件的強度、質(zhì)量成本、電氣性能、尺寸穩(wěn)定性以及裝配等。本產(chǎn)品從外觀、體積、重量來看屬于小型器械，通手持式,無過大外界壓力，因此可以確定產(chǎn)品的理想壁厚為2.0mm。3、底蓋采取卡槽配合方式。因為產(chǎn)品底部鏡頭需維護，所以底蓋會被經(jīng)常打開，而該配合方式使底蓋的拆卸更加方便。（三）產(chǎn)品設計流程構思1、根據(jù)客戶提供的產(chǎn)品效果圖以及使用要求，初步構思出產(chǎn)品的宏觀結構布局；2、做出產(chǎn)品外觀，檢查其是否達到客戶要求以及是否符合大眾審美的要求；3、根據(jù)客戶提供的機芯、按鈕、波紋管，對產(chǎn)品的設計比例進行調(diào)整，確保安裝的可行性和產(chǎn)品的輕便化。4、調(diào)整好體積大小后，做出殼體，再次進行安裝檢驗。檢查是否會出現(xiàn)安裝干涉。如果出現(xiàn)干涉，繼續(xù)執(zhí)行步驟3；5、設計美觀線、止口，綜合考慮安裝、配合間隙；6、根據(jù)按鈕、波紋管、機芯的安裝固定，設計固定支撐結構；8、考慮使用螺釘?shù)男吞栆?guī)格及螺絲柱的安放位置兩個主要因素設計螺絲柱；9、對加強筋、插骨進行簡化、美觀，減少內(nèi)部結構的復雜性；10、以產(chǎn)品外觀為基礎設計底蓋。三、結構設計流程（一）光柵圖像的導入與調(diào)節(jié)在新建的part文件里，點擊視圖-可視化-光柵圖像，導入產(chǎn)品的正等測圖——效果圖，紋理大小選擇最大值：16384。（紋理值過小會導致圖像不清晰，對外觀的繪制影響較大。）圖3-1-1光柵圖像參數(shù)設定為了方便后續(xù)外觀繪制，光柵圖像需要導入兩次。在定好圖像位置并作為下一張圖像位置的參考點之后，導入第一張光柵圖像。第一張光柵圖像的原點選在圖3-1-2藍色點子處，Y軸與底蓋的下表面共面，Z軸過底蓋的中心線。在調(diào)節(jié)誤差的不可避免性的前提下，圖像位置要做到無明顯偏差。圖3-1-2光柵圖像位置調(diào)節(jié)導入第二張光柵圖像的方法同上。（二）曲線、曲面構建調(diào)節(jié)好光柵圖像后，開始構建曲線。鑒于直接構建空間三維曲線的可行性小，難度大，以及準確性較低，因此需要采取組合投影的方式來構建空間曲線。第一步：繪制草圖，通過二維藝術樣條曲線，將產(chǎn)品的主視圖、俯視圖輪廓描繪出來，不必太過精細，對于俯視圖的輪廓曲線繪制出半面即可。如圖3-2-1所示。由于導入的光柵圖像為PS繪制，所以尺寸比例難免會存在誤差。在構建完草圖后可以在審美需要的指導下對草圖曲線做出一些適當?shù)恼{(diào)整，但必須要保證組合投影的可行性。圖3-2-1輪廓繪制第二步：對草圖進行組合投影，生成空間三維曲線。如圖3-2-2所示。注意點：主、俯視圖輪廓草繪的起始點，否則投影曲線與主視圖草繪沒有相交點，對下面的設計步驟會產(chǎn)生很大的影響。圖3-2-2組合投影第三步：曲面構建。根據(jù)該器械的軸對稱性，所以只需要繪制一側再鏡像。在鏡像面處，在拉伸出一個直面之后，與建立的曲面在相交處要保持與之相切，保證曲面在相交處的斜率為零。否則鏡像面處會出現(xiàn)折痕，影響美觀。如圖3-2-3。圖3-2-3曲面構建第四步：根據(jù)構建好的曲面應用縫合命令，把片體縫合形成實體縫合后的實體第五步：對曲面進行質(zhì)量分析。在這里運用反射分析法：通過黑白線形成的圖案輪廓，可以清晰的觀察出曲面的質(zhì)量。如圖3-2-4所示。圖3-2-4曲面質(zhì)量分析（三）分割實體與抽殼把實體分為上、下殼以及托盤三個部分并分別進行抽殼。壁厚2mm。如圖3-3-1所示。托盤上殼下殼圖3-3-1四、內(nèi)部結構設計（一）止口裝配AB類型的殼體，上下殼一般都是止口配合。在止口設計的時候不能設計成零對零也即無間隙，通常要要預留0.1的間隙。此外，0.15以下稱死配合，0.15以上稱運動配合。在止口設計時，為了更好地抵抗外界壓力，一般把位于外邊的止口的凸邊厚度設計為1.1mm，位于里邊的止口的凸邊厚度設計為0.8mm，間隙0.10mm，并且在嵌合面處應有>3~5°的脫模斜度，方便裝配。止口（圖4-4-1）的作用如下：1、上下殼體的定位及限位；2、預防靜電釋放。（靜電可能會損壞主板電子元器件）3、防塵。殼體內(nèi)部空間與外界的導通不會很直接，能阻隔灰塵、靜電等進入；

圖4-4-1止口在做好止口之后，為了產(chǎn)品止口處的美觀，一般都會加上美工線。它也能防止AB殼的配合面處出現(xiàn)斷面差。美工線的設計尺寸一般為：0.50×0.50mm。如圖4-4-3所示。美工線美工線圖4-4-3美工線元部件安裝結構設計1、電池的安裝設計在廚房秤上我們需要設計一個電池倉。電池與電池倉之間留有0.5的間隙，如圖4-2-1所示。在設計好電池倉之后設計一個電池蓋，蓋住電池，同時也要便于拆卸。電池倉電池蓋圖4-2-1顯示器的安裝定位顯示器安裝時要與殼體邊緣密封，用戶不會看到廚房秤內(nèi)部，保證美觀的同時，還可以防止灰塵進入，延長產(chǎn)品的使用期。使用螺釘連接讓顯示器定位。如圖4-5-2所示。顯示器定位密封，不留間隙顯示器定位密封，不留間隙圖4-2-2顯示器的安裝定位平衡感應器的安裝定位平衡感應器的安裝定位，我們同樣采用螺釘定位，如圖4-5-3所示。感應器定位位感應器定位位圖4-2-3平衡感應器的安裝4、秤盤板的安裝定位秤盤板安裝在托盤上面，應用卡接形式將其定位。秤盤板定位位秤盤板定位位（三）加強筋類結構設計加強筋在塑膠部件上是不可或缺的。一些經(jīng)常受到彎曲、壓力、扭力的塑膠產(chǎn)品更加有對加強筋的需求。而且加強筋在注塑時可充當內(nèi)部流道，幫助塑料支節(jié)部份流入塑膠。加強筋一般被放在塑膠產(chǎn)品的非接觸面，其伸展方向應跟隨產(chǎn)品最大應力和最大偏移量的方向。加強筋的位置選擇，是有一些因素的影響的。例如充填模腔、脫模及縮水等。加強筋的長度與產(chǎn)品的長度可一致，兩端只占據(jù)產(chǎn)品部份的長度或相接產(chǎn)品的外壁，來達到增加產(chǎn)品局部的剛性的效果。如果加強筋沒有與產(chǎn)品外壁的相接話，末端部份要漸次地將高度減低，從而減少填充不滿、出現(xiàn)困氣及燒焦痕等問題的出現(xiàn)。加強筋最簡單的形狀是以一條長方形的柱體附在產(chǎn)品的表面上。在一些生產(chǎn)上或結構上的要求下，要相應調(diào)整加強筋的尺寸及形狀。當材料為ABS時，厚膠料肋骨可達100%；在薄膠料結構性發(fā)泡塑膠部件，肋骨可達相交面料厚的80%；在一些非決定性的表面肋骨厚度可最多到70%；為減少在主要的部件表面上出現(xiàn)縮水情形，肋骨的厚度應不可是相交的膠料厚度的50%以上。肋骨的高度不得高于膠料厚的3倍。當肋骨超過2條的時侯，肋骨之間的距離應不小于膠料厚度的2倍。肋骨的需要進行拔模以便于脫模容易。拔模角大小通常要保持在0.5~5°范圍內(nèi)。本產(chǎn)品筋板拔模角設為1.5°。如圖4-6-1所示。1mm1.5°拔模角1mm1.5°拔模角一般設定值下蓋加強筋設計上蓋強筋設計下蓋加強筋設計圖4-3-1加強筋的高度不得高于壁厚的3倍。因為加強筋的高度過高會導致脫模不易、增加塑件重量、充模時不易填滿腔體等問題的出現(xiàn)。（四）螺釘?shù)倪x用殼體裝配采用自攻螺釘緊固配合。自攻螺釘是一種同時具有攻絲和緊固兩種功能的特殊緊固件品種。它的種類有許多，比如說普通自攻螺釘、金屬驅(qū)動螺釘、自擠自攻螺釘、自鉆自攻螺釘、自切自攻螺釘?shù)?。自攻螺釘是一種強度高、適合用于單件、單體、單側裝配和連接的緊固件。自攻螺釘因其具有良好的連接配合性能，能形成或切削出與自身連接的螺紋，從而有效阻止螺釘在使用過程中的松動。自攻螺釘可以再次或多次重復使用在于其自身的拆卸方便，在各種工程結構上，螺釘?shù)玫搅藦V泛的應用。此處螺釘使用十字槽盤頭自攻螺釘_ST2.9×9.5mm_碳鋼_8.8級_鍍白鋅。螺紋符合GB5280,螺距大，適合用于薄鋼板或銅、鋁、塑料。根據(jù)螺釘?shù)拇笮?，設定螺柱內(nèi)徑2.4mm，外徑6mm。如圖4-5-3所示。當材料為ABS時，螺釘柱尺寸優(yōu)先選用值參考表4-5-4。Φ2.4mm圖4-4-1螺釘及安裝示意Φ2.4mm自攻螺釘規(guī)格(國標)螺釘柱內(nèi)徑?(mm)螺釘柱外徑?(mm)ST2.21.75ST2.92.3-2.46ST3.52.8-2.97ST4.23.47-8ST4.83.88ST5.54.49-10表4-4-2五、整機的檢查、調(diào)整（一）結構布局調(diào)整這里還應當對器械的整體進行調(diào)整。殼體結構在逐漸變得復雜化，在此過程中難免會出現(xiàn)一些布局上互相影響或者阻礙的情況，對整個產(chǎn)品的設計產(chǎn)生不可避免的影響。此外，在確定螺絲柱的位置時，也應該把結構的共用性考慮進去。（二）壁厚均勻檢查對殼體壁厚的分析（圖4-9-1），可以避免塑件易于破裂或者產(chǎn)生縮痕。壁厚厚薄差別應小于等于基本壁厚的25%，整個部件最小壁厚大于等于0.4mm且該處背面不是A級外觀面，并要求面積小于等于100mm2。根據(jù)下圖分析所得，塑件的整體壁厚應控制在2.0mm左右，不能過薄或者過厚。圖6-2-1壁厚分析（三）干涉檢查利用新建間隙集對裝配殼體進行干涉檢查。干涉的種類有4，分別為點、線、面、實體。而且一般有效的干涉體才是實體。所以在執(zhí)行干涉分析之后，將選擇過濾器調(diào)節(jié)為實體，按下“Ctrl+A”鍵之后圖像中部上端就自然出現(xiàn)實體數(shù)目的提示。如圖6-3-1。實體干涉檢查新建間隙集間隙集分析圖6-3-1（四）拔模分析拔模角的大小一般是在經(jīng)驗基礎之外參照產(chǎn)品的深度。塑件精度要求高的，應選用較小的脫模斜度；較高、較大的尺寸，應選用較小的脫模斜度；塑件的收縮率大的，應選用較大的斜度值；塑件壁厚較厚時，會使成型收縮增大，所以脫模斜度應采用較大的數(shù)值?？紤]因素還應該有成型的方式，壁厚和塑料的選擇這幾個方面。一般來講，為了方便產(chǎn)品從模具中取出模塑產(chǎn)品的任何一個側壁，都要有一定量的脫模斜度。如圖6-4-1所示，黃色區(qū)域的拔模角在0~5°范圍之間。圖6-4-1拔模分析六、3D效果展示正視圖正等側視圖俯視圖仰視圖總結通過本次畢業(yè)設計我受益匪淺，使我深深的懂得：模具設計需