非对称性思维在产品设计中的应用

2018-10-11姚传富

机电工程技术 2018年8期

姚传富

（阜阳市兴华机械装备有限公司，安徽阜阳 236000）

0 概述

中国文化以对称为美，这种文化基因在广大设计人员脑海中留下深深地烙印。对称性结构在大多数情况下具有工艺简单、造型美观的特点，举个简单的例子，图1是各种农业机械中非常常见的轴承座，它的黄油嘴设计在轴承座顶端的对称轴上，这是一种典型的对称性结构。如果把黄油嘴设计在左右两边，从使用功能上来看，也许并没有太大的不方便，但从制造工艺角度来看将给工装设计制造带来很大麻烦，黄油嘴底孔的钻模制造难度大大增加，钻头引进也较为困难[1]。

图1 轴承座

对称性结构的美学特征使它在很多情况下成为设计人员的必然选择。但是设计毕竟不能仅从美学角度出发，更要注重实用性要求，不管外观设计多么漂亮，不能满足使用性能要求的产品，其设计都是失败的[2]。

一只茶杯，为了防止装满热水时烫手，给它设计一个把手是一个聪明的主意(图2)，对于解决问题来说，这已经足够了。如果非要死守对称性思维，从对面再给他设计一个把手，虽然可能更美观一点，但绝对是一个画蛇添足的设计，不但浪费了材料、使用起来还非常不方便，在讲究环保节能实用的今天，这样的设计当然是失败的，不会受人欢迎。

本文作者以实例论述产品设计过程中如何应用非对称性思维解决问题，供设计人员探讨。

图2 杯子

1 对称性结构无法解决的问题

图3(a)是锤片式饲料粉碎机的粉碎室结构图，转子中心布置在箱体长度方向的中心线上，基本上是左右对称的布局，这种结构方式长期为行业技术人员所采用，看上去合情合理并没有什么不妥[3]。某企业的锤片式粉碎机也采取了这种传统的“准对称结构”，然而该企业采用“传统结构”设计生产的各种型号锤片式粉碎机都存在一个技术缺陷：吨料电耗指标长期徘徊在12.5～11.5 kW·h/t，达不到国家标准规定的11.0 kW·h/t，这个问题在其他企业也普遍存在。为应付技术监督部门的质量监督抽查，行业内普遍采取一些临时性应对措施，主要是在物料干燥度上做些文章勉强蒙混过关。该企业曾尝试采取加大风叶直径增大风量，优化输送风机结构提高气流效率，改善输料管道形状降低风阻等技术措施，然而效果并不明显[4]。吨料电耗超标成为横亘在企业面前一道迈不过去的坎。

图3 粉碎室结构图

2 非对称性结构的效果

在对锤片式粉碎机风机及物料输送管道部分进行多次改进实验无果后，本文作者把目光投向了粉碎室结构，首先想到的就是把上箱进料弧形板由正圆弧型改为渐开线性质的阿基米德螺线，增大入料量和反射粉碎区面积。这一改进取得了不错的效果，吨料电耗指标稳定在11.3 kW·h/t附近，接近了行业标准的规定值。彻底改变粉碎室的基本对称结够，将转子中心前移5mm（图3(b)），这一技术革新起到了立竿见影的效果，吨料电耗下降到10.1 kW·h/t

为找到最佳偏移量，进行了一系列实验，得到的数据如表1所示。

表1可以看出，随着转子中心前移，吨料电耗指标不断下降，当转子中心偏移量e为5～6 mm时，吨料电耗取得最小值为10.1 kW·h/t；当转子中心偏移量继续增大时，吨料电耗指标不降反升，在转子中心偏移量e为13～15 mm时吨料电耗已经达到13.5 kW·h/t，很显然随着偏移量e的增加，吨料电耗指标还会持续升高。

这主要是因为转子中心前移时，上箱入料口增大，下箱入料区同时增大，而出料区相应减小，物料更易进入下箱而很难返回上箱，锤片的撞击和清底效应明显加强，下箱的粉碎效果大幅改善，吨料电耗不断下降。随着偏移量进一步增大，未经上箱齿板和锤片充分粉碎的粗大物料大量进入下箱，在下箱也来不及完全粉碎，大颗粒物料间歇性堵塞筛片孔导致电机负载增大，吨料电耗随之上升[5][6]。

这次成功的技术改进案例说明，设计人员要善于运用包括非对称性思维在内的一切逆向思维和发散性思维，敢于打破常规，在进行科学细致深入分析的基础上提出独创性见解，才能找到解决问题的捷径[7]。