人机工程学课程报告小风扇UG三维造型产品设计说明书.docx

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人机工程学课程报告小风扇UG三维造型产品设计说明书

产品设计说明书

专业：

XXXXXXXXXXXXXXXXXXX

班级：

XXXXXXXXXXX

姓名：

XXXXXXXX

学号：

XXXXXXXXX

作品：

小风扇

完成时间：

2013年5月3日

前言

随着生活水平的提高，空调成为与现代生活中联系最紧密的产品之一。

可是实际上，虽说空调更加舒适，更加随心所欲，但是长时间使用会导致空调病的发生，同时免疫力降低。

因此，相对于空调，电风扇使用起来相对比较安全，对人体健康无害。

但是对于某些特定环境（如学生宿舍），原有的风扇安装不合理并且空间狭窄以至于不适合额外安装普通风扇，使得夏天酷热难耐。

针对这一情况，我们需要在这种特殊环境下仍然能够方便使用的风扇。

这种风扇充分利用了人机工程学原理，方便实用，符合人性化需求，适用于上述场合。

人机工程学是本世纪中叶发展起来的一门新兴学科，它研究人和机器及环境的相互作用，把人的因素作为产品设计的重要条件和原则，使设计出来的机器操作简便、省力、安全、可靠、高效、舒适。

随着现代的社会科学技术突飞猛进，社会也在不断进步，人们对生活的要求也不仅仅在吃饱穿暖上了，人们开始注意到生活质量，从而对生活的环境有了更新的要求。

人们要求产品要更加的人性化，这就使得人机工程学在我们的生活规模的运用。

人机工程在生活中可以说是无处不在，从桌椅板凳到锅碗瓢盆，从行车走路到穿着打扮，都离不开人性化的设计。

人机工程学使得我们有了更好的的生活环境。

关键词：

电风扇人机工程学人性化

1.立项说明

a．产品概述

电风扇是人们用于散热的一种电器。

但市场上大多数风扇不能适应有些特殊环境（空间狭小、不适合安装等），如学生宿舍。

为了解决这一问题，需要设计出了一种能够满足要求的小风扇。

该小风扇从人机工程学的设计角度出发，最大限度地考虑人们的实际需求，在外观设计上改变了底座的结构，使其可以夹在其他家具或者物体上，同时引入遥控功能，使操作更加简单方便。

b．现有产品的不足

一、体积、质量大，移动较困难。

二、不能或不宜安装在狭小的环境，环境适应性差。

三、大多数不能遥控，使用不方便。

四、转动方式单一，作用围小。

c．设计注意事项

（1）首先就是外观的设计。

这设计主要是颜色的选取要适合于人的视觉特点。

要注意各色调之间的对比。

（2）其次就是结构。

结构设计要根据小风扇的应有功能而设计，要充分考虑人的因素进行合理的设计。

（3）选材也是很重要的。

不能只因为外观来选材还要考虑一些其他因素，例如一些身体容易接触的地方一定要不能划伤使用者。

（4）小风扇的显示屏顶部一般也不应高于坐姿的眼睛水平视线，否则容易加重用户颈部肌肉和脊椎的负担，并容易造成使用者的视力下降。

d．设计目标

主要从小风扇的造型入手，重点从小风扇的舒适性和方便性展开设计，力求使小风扇符合人机要求。

通过对市场上现有的风扇的尺寸进行了详细的调查，查阅了人机标准，最终的设计能够让用户使用方便舒适，而且小风扇在造型上也达到了很好的统一结合。

e．设计方式

三维建模、渲染、装配图、爆炸图、工程图的绘制均是借由软件UGNX8.0完成。

2.人机工程学分析

a．小风扇能在水平方向和竖直方向自由旋转，其中水平方向旋转角度极限为180度，竖直方向旋转角度极限约为60度（向上15度，向下45度），小风扇竖直高度约为300mm。

以2m围为例可以达到的桌面以上的高度为2000×sin15°+300=818mm，

通过查阅参考文献[1]知道，我国男性95%百分位男性身高为1775mm，

坐高为0.523×1775=928mm，

通过查阅参考文献[2]做出人机分析，确定产品主要尺寸如下：

桌面高度不宜过高也不能太低，因此需要选用中身材百分位（50％）来计算桌面的高度。

桌面高度：

1678×7/17＋30（功能修正量）＋50（心理修正量）=770mm；

则95%我国百分位男性超出一般桌面高度为928-770=158mm，远低于小风扇能达到的高度。

因此，小风扇通过旋转能够送风的区域很广，几乎能满足所有人的需求。

b．小风扇除了保留了传统的手动调节之外，还运用了红外线遥控技术，在6m的围均能用遥控器自由控制，尤其方便老人和伤员使用。

小风扇在水平方向设有不转、60度角旋转、120度角旋转、180度旋转四个档位，在竖直方向设有0度、15度、30度、45度、60度五个送风方向，能满足各类人群的各种不同需求。

另外，小风扇和遥控器上的液晶显示屏都是使用的LED液晶显示屏，省电无辐射。

遥控器上与手接触的地方采用符合人手的曲线，使操作中与人打交道最多的部位变得舒适，提高操作的质量。

遥控器大致尺寸为15×43×70mm,尺寸较小，能满足绝大多数人的使用需求。

c．小风扇底座和支撑座之间使用弹簧连接，使其可以夹持在物体上以达到固定位置的目的。

因此，小风扇对环境适应性很好，可以适用于各种普通风扇不能安装或者不宜安装的环境中。

d．小风扇设计尺寸约为144×130×300mm，体积仅为普通风扇的1/15到1/5,因此，小风扇能适用于各种狭窄的场合，再加上各零部件主要是由塑料制成，其重量很轻，使其小巧轻便，大大增加了它的灵活性和环境适应能力。

另外，小风扇还具有低噪音，小振动的特性。

e.风扇外观设计中主要采用中间色调的灰色、白色和冷色调的蓝色，能使人们在炎炎夏日感受到一份凉爽。

总的来说，小风扇充分运用了人机工程学原理，体现了以人为本的原则，在操作简便、省力、安全、可靠、高效、舒适各个方面都有比较突出的表现。

3.三维建模设计过程

小风扇的三维建模过程大致由零部件三维图形绘制、渲染、装配、爆炸四个步骤组成。

装配完成后包含有29个组件，独立组件22个。

因零部件较多，在此不一一详细介绍建模过程，仅挑选部分零部件的部分过程及心得作简单介绍。

a．底座（总体效果图如下）

这里主要介绍中间两个倾斜挡板和蓝色塑料垫的建模过程：

倾斜挡板：

首先新建一个与水平面呈85°夹角的平面，在此平面上创建草图，经过拉伸命令和镜像命令可以得到两块倾斜的板，但是值得注意的是由于开始新建的平面不是竖直的，因此拉伸后会有一条缝隙，这时候可以通过偏置面的操作来将两个面相交起来。

塑料垫：

先通过草图、直线、艺术样条构建如下的截面，通过拉伸命令（拉伸长度不要太长，但需要通过体对称轴）拉伸出半边实体，再通过镜像即可得到塑料垫的形状。

b．弹簧

首先设置参数插入螺旋线，根据设计尺寸及位置插入两个点，用艺术样条曲线连接点和螺旋线（注意要让艺术样条和螺旋线相切），以艺术样条曲线为边界修剪掉螺旋线多余的部分，通过扫掠管道特征对三条线设置径为0的管道，然后镜像体，得到对称的图形。

再通过设计尺寸及位置特征构造点，将点用艺术样条连接（注意设置两端边界条件为相切），再通过管道命令建立与之前相似的管道，求和即可完成操作。

c．支撑座

这里仅介绍上表面的曲面构造过程。

开始在草图上用样条曲线绘制出下图中的线，通过绘制的线和原有的面的边界利用曲线网格设置引导线和截面线，得到上表面的片体，再利用原有平面的边界线拉伸至选定对象，即拉伸至片体，即可得到上表面主要形状，再通过创建草图扫掠或者旋转即可得到颈部的形状。

d．螺栓

这里借由螺栓讲述一下生成螺纹的过程：

插入细节特征螺纹，选择添加螺纹的面，设置参数和方向，即可得到想要的螺纹。

但是必须注意三点。

第一，螺纹有符号和详细之分，符号螺纹不会显示出来，要想其显示出来则应用详细螺纹。

第二，螺纹的方向不同得到的螺纹是有差别的。

第三，螺纹边界上是否倒角对最终得到的螺纹也有影响，一般情况下，不要倒角，否则可能出现错误。

e．后防护罩

做出如下草图，选择引导线和截面线进行扫掠，得到后防护罩的片体，按支撑座同样的

方法把底面草图拉伸至片体，得到一个体，经过抽壳，但还保留有多余的部分，为了将

这部分去除，将得到的片体按抽壳方向偏置和厚度一样的距离，再以偏置后的片体为边界修剪体，就能去除多余的部分了。

接下来在草图平面做草图，在6°的夹角做出以下草图

（之后要阵列出60个来），再将草图的部分区域进行拉伸（注意设置布尔为无），

使其和后防护罩相交。

通过阵列或者移动对象等方式将开始拉伸得到的体阵列60份，经过布尔求差得到最终的形状。

在这个过程中需要注意三个问题。

第一，经像上述扫掠拉伸出来的实体有时是不能抽壳的，这时要得到一定厚度的外壳则可以采用偏置面再修剪体的方法。

第二，在做最后的求差之前一定不要将后防护罩和其他部分求和，因为这样会因为求差的作用将其余有用的部分作差。

第三，像这种比较复杂，过程较多的模型在动手建立前一定要有很清晰的思路，这样能少走很多弯路。

再进一步深一步讲，任何设计过程思路都极其重要。

f．扇叶

这里主要讲讲三片扇叶的造型思路。

首先通过设计形状和尺寸及位置关系，构造出扇叶边缘的多个关键位置的点，再将这些点用表面的的曲线和艺术样条等曲线连接起来，通

过N边曲面的方法将几条线连接成面，通过加厚操作即可得到一片扇叶的体了。

最后可通过阵列得到整个扇叶的形状。

在这个过程中最重要的可能是数据的设计

与计算，只有设计计算合理才能构造出合适的空间点，设计出来的形状才美观大方。

g．渲染

小风扇的渲染主要是通过真实着色编辑器完成的，过程较为简单，这里就不介绍了。

h．装配图

就产品组件装配的思路来讲，个人总结出两条思路：

第一，保证效率，即用最少的约束限制固定组件位置；第二，保证成功率，即用最稳妥的方法（可能约束数量较多）来约束组件。

前者适用于较简单的组件装配，如螺栓连接，而后者一般适用于较复杂的组件装配。

个人又把装配分为强约束和弱约束，如固定是最强的约束，同心算是强约束，而接触算是弱约束，其他常用约束介于二者之间。

一般运用原则是最开始尽可能用强的约束，弱约束留到最后使用。

使用这两条原则一般问题都可以解决了，但是也有例外，如小风扇的装配中弹簧的约束。

由于弹簧的螺旋线是自动生成的，在装配过程中找不到中心线，而弹簧其他部分也都是通过管道形成的，也不能找到中心线。

像这样找不到装配约束的作用位置，使得整个装配显得很困难。

有没有什么办法可以解决这个问题呢？

在这个时候可以自己添加外界的辅助作用位置来实现约束，约束完了之后再将其隐藏掉就行了。

如在安装弹簧前可以在其螺旋线中心处加一个小圆柱体，以标明坐标系位置，利用这个小圆柱体的位置关系进行装配，完成装配之后再将小圆柱体在移动至某个不可见的图层就行了。

可以推广的是，如果加入一个辅助作用位置不行，还可以考虑加入多个，直到装配到正确的位置为止。

对于装配图，只要熟悉装配约束，掌握一定的技巧就不难了，因此，剩下的装配过程不再介绍。

以下是装配结果的总体效果图。

i．爆炸图

爆炸图是将原来已经装配好的装配图爆炸开来，来反应装配关系的一种视图。

有自动爆炸和手动爆炸两种方式，当组件较少并且各个组件都有约束关系时可以考虑自动爆炸，而对于组件较多的装配图，建议采取手动爆炸或者两种爆炸方式结合的方法，才能很好地反应装配关系。

小风扇的爆炸采用手动爆炸的方式，过程较简单，不作详细介绍。

以下是小风扇爆炸后的效果图：

以上是对三维建模的部分过程展示和总结，其中所包含的大部分数据来自于实际产品的测量，少部分数据是经过估计和修改的。

此部分主要参考文献为参考文献[3]、参考文献[4]。

总的来说，三维建模部分最重要的是清晰的设计思路、成熟的造型思想、足够的耐心和熟练的软件操作。

有了这些，我认为三维建模并不算难。

4.二维建模设计过程

首先在新建对话框中选定A3图纸，创建图纸的部件设为装配部件，创建图纸。

依次选择视图创建向导中的容。

需要注意的是，如果自动调节的比例和位置不合适，可以采用手动调节的方式进行调节，直到调节到合适的位置为止。

最终得到的效果图如下：

5.对象材料选择及成型性分析

小风扇大多数零部件由塑料制成，如扇叶、防护罩、插头、底座等，这些零部件均可有铸塑工艺得到。

其他的螺钉、螺栓、螺母、垫片等都是标准件，可以直接购买，电动机和电容等元件也可以直接购买。

6.设计综合评价

此小风扇设计的主体理念是简约、轻便、环境适应性强，采用灰白色塑料为主要材质，涂灰白漆金属材质为辅，使用轻松方便，给人凉爽的感觉。

小风扇可以朝上下左右方向自由转动，送风面积大。

底座和支撑座形成夹子可以夹持在物体上，安装灵活，环境适应性强。

综上所述，小风扇在各方面都符合人机工程学原理。

参考文献

[1]朱序璋.人机工程学.电子科技大学，2006

[2]阮宝湘.工业设计人机工程.：

机械工业，2010

[3]关振宇.SiemensNX6中文版机械设计基础教程.；人民邮电，2009

[4]云漫步多媒体科技CAX设计教研室.UGNX6.0中文版曲面造型设计.：

清华大学.2009