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关键词：护理小家电 手柄联动 旋转调节 卷发棒 ansys分析
引言
卷发棒作为个人护理系列产品的典型代表，主要用户为女性，产品的使用习惯运用女性设计心理学的研究思路，通过模拟女性卷发姿势、手部持握规律、操作最适角度等方面计算出旋转装置的安装位置。从功能角度上来看，卷发棒的实质就是发热导体通电升温，通过外部的传热装置使缠绕在产品外部的头发弯曲变形。卷发棒的评价标准在于其发热速度、加热温度以及定型能力，保证在最短的时间内让发热体温度迅速升到120℃，然而在这样一个温度下对一种旋转调节装置的磨损率是巨大的，可能会因零件间的摩擦力较大而无法正常相互作用，发热体体积膨胀导致内部运动件无法贴合，联动规律也会发生改变。因此本文通过ansys软件分析旋转调节结构中零部件的接触应力，判断其磨损率，提出了一种旋转调节结构的解决方法，在设计的过程中归纳出卷发棒最适合的手柄旋转调节联动结构。
一、卷发棒产品设计分析
据数据统计，近十年来个护小家电在各大网站的搜索频率呈上升趋势，其中增幅最大的是个护小家电中的美发系列。这与个人护理小家电的技术升级和功能创新密不可分。众所周知，小家电存在体积小，功能丰富等优势，往往在同等价位中，功能较多的同类产品更能增加消费者的购买意趣。基于此，本文以卷发棒为例，通过功能和使用方式的创新提升企业在个护行业的核心竞争力。
（一）卷发棒的功能分析
卷发棒，是通过发热元件把头发加热，软化，然后再冷却，以达到各种卷发造型的目的。影响卷发棒销量的关键因素有很多，诸如造型能力、造型速度、市场的营销及技术、品牌等。国内外卷发棒价格的层级关系非常清晰，高端市场以戴森为引领者，凭借吸风式卷发机构、热风卷发冷风定型等核心技术遥遥领先众多个护企业，而中小型企业则必须以功能和造型方式的创新谋求自己发展之道。因此本文以卷发棒中低端市场的品牌为出发点，京东为调研平台，通过分析消费者对不同品牌产品的偏好程度，总结出产品的功能卖点，见图1。
据调研结果可知，以一头多用或多头换用为主要造型方式，配备防烫功能、护发功能、恒温控制、安全隔热头、预热指示器、3D浮动夹板、智能断电等辅助功能成为卷发棒的主流趋势。其中多头替换款常作为中高端产品，同等价位下无法与一头多用的造型产品进行比较，所以本文以多模式切换为切入点进行设计研究。
（二）卷发棒的使用方式分析
由于造型器的设计取决于发型的成型方式，因此本文將2021年沙宣和屈臣氏在夏季时装周中举办的发型潮流发布会中所展示的发型与2021春夏时装周流行色进行结合，得出2021年的发型趋势预测，见图2。
据以上推测，2021年整体流行风格更偏向于自然风格，在发型上的体现偏向大波浪、八字刘海儿等自然发式。此外近年来流行的复古风也会以80后为代表而持续风靡，在发型的体现则羊毛卷、玉米烫等小卷发型，以及鲨鱼夹挽发等“妈妈式”编发。上述卷发类型根据直径不同可分为19mm、25mm、28mm，通过不同的卷发方式以此来产生多变的卷发造型。
（三）探究卷发棒工作原理及设计要素
烫发就是化学能和物理作用条件的结合，使头发的形状、性质产生变化，并固定这种变化的过程。该过程依次包含：裂变反应、迫使移位、元键重组、位置固定。而卷发棒工作原理则是通过发热导体到达能够改变头发形状、性质发生变化的温度后，通过弯曲、挤压的方式产生新的造型，最后进行定格，将头发短暂固定维持形状。
从头发的微观结构可知，配备发热夹板的卷/直发器会对头发造成较大的损伤，而卷直发梳与头发的接触方式使其对头发的损伤大大减小，因此应当以卷/直发梳为主要的设计方向，并设计新的对头发加热和塑形的部件，以达到不伤发的目的。此外若从常见质量问题出发，在设计时还要充分考虑导热（发热体尽量与传热装置贴合）和隔热（加入隔热棉或增加隔热护套等措施）。
二、用户分析及痛点研究
用户使用分析目的是从使用者的角度来提高旋转式可调节卷发棒机构的合理性，通过完善使用细节，增强用户的体验感。
（一）用户使用习惯分析
以构建用户旅程图为研究方法，将整个使用过程分为四个阶段：卷发前期准备、加热卷发阶段、卷发定型阶段以及卷发结束阶段，并模拟用户的操作行为，从中找到卷发棒设计的机会点和痛点，见图3。
如图3所示，目前卷发棒使用人群对快速卷发、使用方便、安全等因素具有较高的要求，而相对应的机会点便在于设计的卷发棒需要能够快速满足用户对造型的需求，并配备安全保护措施。
（二）用户操作卷发棒所存在的问题
通过对用户的目标统计，可以得出使用者在对购买卷发棒的时候会对功能是否能满足需求来评判有无购买价值，因此从功能的角度出发，寻找用户对已购买的卷发棒中理想功能的词频进行分析，选取超过10的数据进行统计，见图4。
从上述数据可以看出，防烫的理想功能和卷发的功能需求是众多使用者现有产品中所需要继续深入研究的，词频分别达到了46和45，针对安全和造型功能为主要问题深入分析，寻求最合理的解决方法。
（三）卷发棒的用户需求分析
由于卷发棒的造型是其主要功能，因此本文将着重针对其快速造型，造型多样化为设计重心，根据用户的使用习惯运用5W2H的七问分析法总结出用户对卷发棒造型功能的需求是需要一款可以满足羊毛卷、蛋卷、八字刘海儿等流行发式的多功能造型器，本文将从调整卷发筒直径的方式着手设计。
三、卷发棒手柄联动结构应用及概述
在智能手持小家电时代，手柄不仅有着配合手部尺寸，让用户操作更舒适的人机功能外，同时也有着充当着调节、显示、指示等交互功能。在卷发棒的结构中需要考虑的是能够通过手柄的调节，改变发热头的热量，直径，这种联动结构可以从本质上满足用户对各种发型的需求。根据市场上出现的卷发棒的手柄使用方式分析出满足改变直径的操作方式及联动结构。 （一）现有卷发棒手柄联动结构概述
根据手柄联动方式的核心动力为分界，可以将卷发棒分为自动旋转和手动旋转两个方式。
使用自动调节式卷发棒在进行卷烫发时，用户需要将头发拉入发热棒后启动驱动电机，同时传动齿轮带动从动轮传动，带动卷发筒在卡环上旋转，使头发被卷附在发热棒上，卷烫发后，轻松拉开卷发器便可释出已卷曲的头发。
吸入式卷发棒是将头发放置于固发凹槽中，控制所述电动装置驱动所述拨发部围绕所述绕发柱转动，以便将所述头发缠绕在所述绕发柱上形成纺锤体，为了使得自动卷发器生成的发型更加多变，还可以将所述第一发热板的表面设置为呈圆滑的波浪状。或者可以将所述第一发热板的表面设置为呈凸出的弧形面。
多轴变速卷发棒的操作方式为当用户旋拧把手时，通过驱动轴带动转盘转动，由于轴套与手柄通过定位杆固定连接，所以齿轮带动次级齿轮发生转动，因轴套的直径大于次级齿轮的直径，所以能驱动次级齿轮以大于转盘的转速转动，该次级齿轮依次通过盖板、支座而带动加热管转动，使得加热管的转速大于把手，进而实现了提高转速的功能。
以电机为驱动方式将电能转换为旋转的动能，可以极大程度地减轻双手的负担，根据调研得出女性的卷发时间在于10-20分钟，操作过程中手需要悬空较长的时间，因此将电动代替手动卷发有一定的必要性，但是从联动结构分析，电机带动功能头旋转的方式，电机可转化的形式的只有速度的调节，而无法同时将直径调节结构与转速同时与电机相匹配，在用户操作分析中大部分主流发型都是需要一定的角度和力度来控制的，将造型多样化作为设计目的，电机的联动方式并不可取。
图5为手动调节卷发棒，旋转旋钮，带动齿轮旋转，齿轮与齿条相配合，进行凸轮运动，推动第一壳体和第二壳体向外扩张，当壳体到达第二限位块的时候将其固定，实现从小直径向大直径的调节。
手动联动结构的核心在于通过手柄部位的机械运动作为动能，连接轴心柱实现卷发棒功能头的变化，这种结构的优势有两点，一是可以实现局部的微调，满足本文改变发热体直径的需求，二是可以根据使用者需求通作手柄运动来完成卷发动作，最后的造型效果会更加自然，上述联动结构存在手柄调节旋钮太小无法较难操作，可变直径尺寸仅有两种，无法满足大部分造型需求。
（二）卷发棒手柄运动方式研究
根据以上电动调节和手动调节的联动结构可以分析出，在用户对卷发棒卷烫的同时，仅有一个发热体可变因素的改变，无论是卷发棒功能头旋转还是变化直径，这其中的因素大致分为三个方向，其一，在于卷发过程中涉及到温度容易触碰皮肤造成较差用户体验，同时变换多个参数容易造成手柄运动不受使用者控制，增加烫伤几率，其二，在于卷发棒与很多手持类小家电不同，使用对象为用户头发，头发作为线性物体常存在缠绕的困扰，一般卷发时的方向会控制在一个平面内，如果联动结构牵扯到多个平面方向的运动，头发将会缠绕在卷发棒中无法取出。其三，由于卷发棒为小型类护理工具，内部空间较小，想要设计联动结构，只能将一种方式作为驱动力，无论是电动还是手动，都需要轴心进行手柄与功能头的连接，在转动时只能满足一种调节结构。
因此，将可变因素定位功能头的直径尺寸，手动控制联动结构较合理，这就需要从手动运动的方式和手柄操作的人机来研究什么样的手柄和操作方式更满足调节直径的联动结构。
（三）卷发棒手柄功能所对应的联动结构分析
1.卷发棒基础功能需求
（1）防烫功能：在卷发过程中最需要的是防烫设计，卷发棒的防烫设计分三个部分，第一部分为手持功能头部分，属于辅助设计，考虑到用户在卷发棒操作时由于体积太大，而用户又普遍为女性群体，使用时必须双手操作，其中一只手握住手柄部分进行温度、直径大小、以及角度调节，另一只手则起到稳定卷发棒，平坦重量的目的。因此在功能头部分需设计出能够固定不会随传动结构运动的防烫头。第二部分为手柄与发热功能组建的交界位置，在用户手持状态下，手部位置会偏向手柄的重心位置，这样可以减少手臂的负担，而重心位置往往会偏向于材料较重的导体部位，也就是与发热体会误触，需要格挡层进行防烫。第三部分是与桌面的防烫设计，卷发棒使用完成后会有120℃左右的余温，时间持续在1分钟，如果放置在桌面上进行降温，会对桌面有一定的损伤，因此需要将发热功能组建进行与桌面的隔热设计。
（2）微调功能：根据上文的数据统计，不同需求的发型所对应的卷发棒直径在19mm-38mm之间，其中包含卷发棒直径为19mm的羊毛卷专用卷发棒、25mm的蛋卷卷发棒等，每毫米直径的改变都会形成一个新的发型，如何做到精确、可控、具有指示性的调节旋钮，其中微调功能必须做到精准的定位到每一个发型。
2.手柄聯动结构初步构造：在此功能基础上，以连杆结构为基础架构，通过旋转键运动带动发热导体做离心运动，将圆柱形导体分型，发热导体前后需要用绝热材料固定，并强制规定运动轨道，同时，可以通过外观设计做到防烫设计，注意考虑主板与发热导体的接线问题，预留分线结构防止运动过程中的线组缠绕影响操作。
四、旋转调节式卷发棒设计和工作原理构想
（一）旋转调节结构的合成原理
针对可旋转调节的联动结构设计，由于卷发棒本身为圆形柱状物体，运动规律则只能绕圆心轴进行，考虑将旋转作为主动力，采用离心连杆的方式进行结构设计。
灵感来源于一种可旋转放大的桌子，使用者转动桌子边缘带动内部轴心旋转，轴心四周固定弧形的钢片，钢片另一端安装扇形补充板，当桌子运动时，原本的扇形沿着圆心向外直线移动，钢片带动扇形补充版填充桌面的缺口，如图6所示。
桌子的旋转放大原理与卷发棒相同，区别在于一种是圆形扁状物体，以面为分割单位，拼接方式简单，仅在X与Y轴运动，而卷发棒是圆形柱状物体，分割单位为体，在考虑横向直径变大的同时，也要注意拼接体能否在圆心方向能够完美衔接。考虑到是否能够保证放大拼接后的圆柱横切面近似圆形，本文考虑将发热导体分成六份，同样是弧形钢片连接拼接体，在拼接体收缩的时候需要收纳在圆柱形发热导体中。 （二）卷发棒旋转调节工作原理
在考虑调节原理时，发现了相较于桌面片体而言柱体运动的优势，因为面片厚度有限，在上述旋转方式中需要同时将原有的扇形面片和连接体与弧形钢片进行连接，并安置轨道，才能保证旋转的同时，两个部件都能运动，卷发棒内部空间有限，轨道及弧形钢片的数量和大小都满足不了上述结构，但是体与体之间有一定的接触面积，可以通过挤压，使得两个部件一个主动，一个从动，就可以解决上述问题。当中心轴旋转时，弧形钢片做离心运动，6块连接体向外扩张，同时发热导体受相邻连接体挤压，发生位移，实现横截面直径的扩大。
连接体设计为梯形是想让垂直与连接体与接触面的F压可以分成F1、F2，由于在F2方向受连接体的阻拦无法移动，从而转移为F1方向移动，F1则为轴心与扇形导体延长线方向，因此可以保证导体能够沿轴心移动，使整个卷发棒直径发生改变，见图7。
（三）卷发棒离心连杆运动结构及外观设计
1.功能头设计：由于直径变大时，六块黑色导体之间会产生缝隙，需要连接体充当填补物的角色，将连接体设计成梳齿状，可以保证头发在缠绕时不会滑落，做到无夹板设计，收缩时，可以填补空隙，见图8。
2.手柄电路设计：在手柄电路设计中要考虑每个导体的连接线旋转时避免缠绕，电路板尽量原理发热导体，用户在按键操作时要避免与功能头有接触，内部安置分线器，分别留有6个扇形孔分割线路，电源为交流电，能够以最快速度将温度提升至120°C以上，见图9。
3.手柄外观设计：手柄外观从人机、防滑、防烫、美观三个角度设计了两款方案，旋转键都安置在功能头与握柄交界的位置，防烫设计分为桌面防烫与手部防烫，在旋转键上有一喇叭型的防烫隔层，保证用户在使用时能够不触碰前面的发热导体，并且隔层的直径整体大于卷发棒直径，在桌面放置时，隔层充当支点将卷发棒架起，避免功能头接触桌面，功能头前方设计了可以方便用户双手操作的圆形盖，见图10。
方案一图10（左）采用锥形造型，锥形相较于圆形更贴合手部持握姿势，增加了黑色橡胶套，起到给用户手握位置暗示以及防滑的作用。
方案二图10（右）延续了方案一的锥形造型，增加了棱角以及面片的叠加，具有科技感，外部是红色塑料套包裹，内部为黑色磨砂塑料。
五、Ansys的接触应力分析
以卷发棒的旋转可调式静态态结构为分析对象，通过接触面的温度、压力、摩擦力等设置参数，运用Ansys的网格分析红色连接体与黑色发热导体之间接触面的弹性形变轮廓图 ，验证该结构的可行性。
（一）基本参数设置
首先设置Ansys分析模式为静态结构，如图一所示，接着将模型的STP格式文件导入Ansys中，，由于卷发棒功能头温度需要120°C，材质则选择耐高温的PC塑料，其余零部件为结构钢，见图11。
设置接触面以及接触面有无摩擦、摩擦系数等，PC材质为聚碳酸酯，根据摩擦系数查询可得其摩擦系数为0.60，随后生成网络，见图12。
在连接体与发热导体进行挤压时，需要设置固定支撑面，保证卷发棒外筒直径和造型不變，在Ansys分析时将发热导体外表面和内表面作固定约束，根据离心力公式计算F=mω^2*r，m为单个连接件质量，ω表示非惯性系自身转动的角速度，r为弧形钢片两端固定点之间的直线距离，在不考虑摩擦力的情况下，该离心力等与连接件向上运动的作用力，也就是对扇形发热导体单面的作用力，为了保证精确调整直径，ω为0.8，质量为10g，r为1cm，F为0.64N，在受力面表面加载0.64N的作用力，见图13。
（二）实验结果分析
选取单元导体，判断单一发热导体在运动时受连接体挤压后发生的弹性形变情况，生成网格受力轮廓图，观察其变形程度，判断方案的可行性，见图14。
从轮廓图可以得出，形变最严重的为首尾端，中部变形程度最小，整体造型没有太大变化，因此该结构可以承受旋转后的离心挤压力。
结语
经过综合分析，卷发棒设计的侧重点应当在于其造型功能，通过分析不同发型所对应的卷发棒造型规律，从改变直径这一源头入手，构想出旋转可变直径的结构，并加以佐证其可行性，实现了卷发棒功能的优化设计，同时，从用户体验的角度对其手柄造型和防烫等辅助功能进行改进，在研究过程中发现，对于手持护理小家电行业，材料是改变其造型本质的决定性因素，如果能找到可以冷烫的技术，其中热量所带来的影响便可以忽略不计。因此在该领域的设计实践中，设计人员需要着眼于功能和结构的创新。
引言
卷发棒作为个人护理系列产品的典型代表，主要用户为女性，产品的使用习惯运用女性设计心理学的研究思路，通过模拟女性卷发姿势、手部持握规律、操作最适角度等方面计算出旋转装置的安装位置。从功能角度上来看，卷发棒的实质就是发热导体通电升温，通过外部的传热装置使缠绕在产品外部的头发弯曲变形。卷发棒的评价标准在于其发热速度、加热温度以及定型能力，保证在最短的时间内让发热体温度迅速升到120℃，然而在这样一个温度下对一种旋转调节装置的磨损率是巨大的，可能会因零件间的摩擦力较大而无法正常相互作用，发热体体积膨胀导致内部运动件无法贴合，联动规律也会发生改变。因此本文通过ansys软件分析旋转调节结构中零部件的接触应力，判断其磨损率，提出了一种旋转调节结构的解决方法，在设计的过程中归纳出卷发棒最适合的手柄旋转调节联动结构。
一、卷发棒产品设计分析
据数据统计，近十年来个护小家电在各大网站的搜索频率呈上升趋势，其中增幅最大的是个护小家电中的美发系列。这与个人护理小家电的技术升级和功能创新密不可分。众所周知，小家电存在体积小，功能丰富等优势，往往在同等价位中，功能较多的同类产品更能增加消费者的购买意趣。基于此，本文以卷发棒为例，通过功能和使用方式的创新提升企业在个护行业的核心竞争力。
（一）卷发棒的功能分析
卷发棒，是通过发热元件把头发加热，软化，然后再冷却，以达到各种卷发造型的目的。影响卷发棒销量的关键因素有很多，诸如造型能力、造型速度、市场的营销及技术、品牌等。国内外卷发棒价格的层级关系非常清晰，高端市场以戴森为引领者，凭借吸风式卷发机构、热风卷发冷风定型等核心技术遥遥领先众多个护企业，而中小型企业则必须以功能和造型方式的创新谋求自己发展之道。因此本文以卷发棒中低端市场的品牌为出发点，京东为调研平台，通过分析消费者对不同品牌产品的偏好程度，总结出产品的功能卖点，见图1。
据调研结果可知，以一头多用或多头换用为主要造型方式，配备防烫功能、护发功能、恒温控制、安全隔热头、预热指示器、3D浮动夹板、智能断电等辅助功能成为卷发棒的主流趋势。其中多头替换款常作为中高端产品，同等价位下无法与一头多用的造型产品进行比较，所以本文以多模式切换为切入点进行设计研究。
（二）卷发棒的使用方式分析
由于造型器的设计取决于发型的成型方式，因此本文將2021年沙宣和屈臣氏在夏季时装周中举办的发型潮流发布会中所展示的发型与2021春夏时装周流行色进行结合，得出2021年的发型趋势预测，见图2。
据以上推测，2021年整体流行风格更偏向于自然风格，在发型上的体现偏向大波浪、八字刘海儿等自然发式。此外近年来流行的复古风也会以80后为代表而持续风靡，在发型的体现则羊毛卷、玉米烫等小卷发型，以及鲨鱼夹挽发等“妈妈式”编发。上述卷发类型根据直径不同可分为19mm、25mm、28mm，通过不同的卷发方式以此来产生多变的卷发造型。
（三）探究卷发棒工作原理及设计要素
烫发就是化学能和物理作用条件的结合，使头发的形状、性质产生变化，并固定这种变化的过程。该过程依次包含：裂变反应、迫使移位、元键重组、位置固定。而卷发棒工作原理则是通过发热导体到达能够改变头发形状、性质发生变化的温度后，通过弯曲、挤压的方式产生新的造型，最后进行定格，将头发短暂固定维持形状。
从头发的微观结构可知，配备发热夹板的卷/直发器会对头发造成较大的损伤，而卷直发梳与头发的接触方式使其对头发的损伤大大减小，因此应当以卷/直发梳为主要的设计方向，并设计新的对头发加热和塑形的部件，以达到不伤发的目的。此外若从常见质量问题出发，在设计时还要充分考虑导热（发热体尽量与传热装置贴合）和隔热（加入隔热棉或增加隔热护套等措施）。
二、用户分析及痛点研究
用户使用分析目的是从使用者的角度来提高旋转式可调节卷发棒机构的合理性，通过完善使用细节，增强用户的体验感。
（一）用户使用习惯分析
以构建用户旅程图为研究方法，将整个使用过程分为四个阶段：卷发前期准备、加热卷发阶段、卷发定型阶段以及卷发结束阶段，并模拟用户的操作行为，从中找到卷发棒设计的机会点和痛点，见图3。
如图3所示，目前卷发棒使用人群对快速卷发、使用方便、安全等因素具有较高的要求，而相对应的机会点便在于设计的卷发棒需要能够快速满足用户对造型的需求，并配备安全保护措施。
（二）用户操作卷发棒所存在的问题
通过对用户的目标统计，可以得出使用者在对购买卷发棒的时候会对功能是否能满足需求来评判有无购买价值，因此从功能的角度出发，寻找用户对已购买的卷发棒中理想功能的词频进行分析，选取超过10的数据进行统计，见图4。
从上述数据可以看出，防烫的理想功能和卷发的功能需求是众多使用者现有产品中所需要继续深入研究的，词频分别达到了46和45，针对安全和造型功能为主要问题深入分析，寻求最合理的解决方法。
（三）卷发棒的用户需求分析
由于卷发棒的造型是其主要功能，因此本文将着重针对其快速造型，造型多样化为设计重心，根据用户的使用习惯运用5W2H的七问分析法总结出用户对卷发棒造型功能的需求是需要一款可以满足羊毛卷、蛋卷、八字刘海儿等流行发式的多功能造型器，本文将从调整卷发筒直径的方式着手设计。
三、卷发棒手柄联动结构应用及概述
在智能手持小家电时代，手柄不仅有着配合手部尺寸，让用户操作更舒适的人机功能外，同时也有着充当着调节、显示、指示等交互功能。在卷发棒的结构中需要考虑的是能够通过手柄的调节，改变发热头的热量，直径，这种联动结构可以从本质上满足用户对各种发型的需求。根据市场上出现的卷发棒的手柄使用方式分析出满足改变直径的操作方式及联动结构。 （一）现有卷发棒手柄联动结构概述
根据手柄联动方式的核心动力为分界，可以将卷发棒分为自动旋转和手动旋转两个方式。
使用自动调节式卷发棒在进行卷烫发时，用户需要将头发拉入发热棒后启动驱动电机，同时传动齿轮带动从动轮传动，带动卷发筒在卡环上旋转，使头发被卷附在发热棒上，卷烫发后，轻松拉开卷发器便可释出已卷曲的头发。
吸入式卷发棒是将头发放置于固发凹槽中，控制所述电动装置驱动所述拨发部围绕所述绕发柱转动，以便将所述头发缠绕在所述绕发柱上形成纺锤体，为了使得自动卷发器生成的发型更加多变，还可以将所述第一发热板的表面设置为呈圆滑的波浪状。或者可以将所述第一发热板的表面设置为呈凸出的弧形面。
多轴变速卷发棒的操作方式为当用户旋拧把手时，通过驱动轴带动转盘转动，由于轴套与手柄通过定位杆固定连接，所以齿轮带动次级齿轮发生转动，因轴套的直径大于次级齿轮的直径，所以能驱动次级齿轮以大于转盘的转速转动，该次级齿轮依次通过盖板、支座而带动加热管转动，使得加热管的转速大于把手，进而实现了提高转速的功能。
以电机为驱动方式将电能转换为旋转的动能，可以极大程度地减轻双手的负担，根据调研得出女性的卷发时间在于10-20分钟，操作过程中手需要悬空较长的时间，因此将电动代替手动卷发有一定的必要性，但是从联动结构分析，电机带动功能头旋转的方式，电机可转化的形式的只有速度的调节，而无法同时将直径调节结构与转速同时与电机相匹配，在用户操作分析中大部分主流发型都是需要一定的角度和力度来控制的，将造型多样化作为设计目的，电机的联动方式并不可取。
图5为手动调节卷发棒，旋转旋钮，带动齿轮旋转，齿轮与齿条相配合，进行凸轮运动，推动第一壳体和第二壳体向外扩张，当壳体到达第二限位块的时候将其固定，实现从小直径向大直径的调节。
手动联动结构的核心在于通过手柄部位的机械运动作为动能，连接轴心柱实现卷发棒功能头的变化，这种结构的优势有两点，一是可以实现局部的微调，满足本文改变发热体直径的需求，二是可以根据使用者需求通作手柄运动来完成卷发动作，最后的造型效果会更加自然，上述联动结构存在手柄调节旋钮太小无法较难操作，可变直径尺寸仅有两种，无法满足大部分造型需求。
（二）卷发棒手柄运动方式研究
根据以上电动调节和手动调节的联动结构可以分析出，在用户对卷发棒卷烫的同时，仅有一个发热体可变因素的改变，无论是卷发棒功能头旋转还是变化直径，这其中的因素大致分为三个方向，其一，在于卷发过程中涉及到温度容易触碰皮肤造成较差用户体验，同时变换多个参数容易造成手柄运动不受使用者控制，增加烫伤几率，其二，在于卷发棒与很多手持类小家电不同，使用对象为用户头发，头发作为线性物体常存在缠绕的困扰，一般卷发时的方向会控制在一个平面内，如果联动结构牵扯到多个平面方向的运动，头发将会缠绕在卷发棒中无法取出。其三，由于卷发棒为小型类护理工具，内部空间较小，想要设计联动结构，只能将一种方式作为驱动力，无论是电动还是手动，都需要轴心进行手柄与功能头的连接，在转动时只能满足一种调节结构。
因此，将可变因素定位功能头的直径尺寸，手动控制联动结构较合理，这就需要从手动运动的方式和手柄操作的人机来研究什么样的手柄和操作方式更满足调节直径的联动结构。
（三）卷发棒手柄功能所对应的联动结构分析
1.卷发棒基础功能需求
（1）防烫功能：在卷发过程中最需要的是防烫设计，卷发棒的防烫设计分三个部分，第一部分为手持功能头部分，属于辅助设计，考虑到用户在卷发棒操作时由于体积太大，而用户又普遍为女性群体，使用时必须双手操作，其中一只手握住手柄部分进行温度、直径大小、以及角度调节，另一只手则起到稳定卷发棒，平坦重量的目的。因此在功能头部分需设计出能够固定不会随传动结构运动的防烫头。第二部分为手柄与发热功能组建的交界位置，在用户手持状态下，手部位置会偏向手柄的重心位置，这样可以减少手臂的负担，而重心位置往往会偏向于材料较重的导体部位，也就是与发热体会误触，需要格挡层进行防烫。第三部分是与桌面的防烫设计，卷发棒使用完成后会有120℃左右的余温，时间持续在1分钟，如果放置在桌面上进行降温，会对桌面有一定的损伤，因此需要将发热功能组建进行与桌面的隔热设计。
（2）微调功能：根据上文的数据统计，不同需求的发型所对应的卷发棒直径在19mm-38mm之间，其中包含卷发棒直径为19mm的羊毛卷专用卷发棒、25mm的蛋卷卷发棒等，每毫米直径的改变都会形成一个新的发型，如何做到精确、可控、具有指示性的调节旋钮，其中微调功能必须做到精准的定位到每一个发型。
2.手柄聯动结构初步构造：在此功能基础上，以连杆结构为基础架构，通过旋转键运动带动发热导体做离心运动，将圆柱形导体分型，发热导体前后需要用绝热材料固定，并强制规定运动轨道，同时，可以通过外观设计做到防烫设计，注意考虑主板与发热导体的接线问题，预留分线结构防止运动过程中的线组缠绕影响操作。
四、旋转调节式卷发棒设计和工作原理构想
（一）旋转调节结构的合成原理
针对可旋转调节的联动结构设计，由于卷发棒本身为圆形柱状物体，运动规律则只能绕圆心轴进行，考虑将旋转作为主动力，采用离心连杆的方式进行结构设计。
灵感来源于一种可旋转放大的桌子，使用者转动桌子边缘带动内部轴心旋转，轴心四周固定弧形的钢片，钢片另一端安装扇形补充板，当桌子运动时，原本的扇形沿着圆心向外直线移动，钢片带动扇形补充版填充桌面的缺口，如图6所示。
桌子的旋转放大原理与卷发棒相同，区别在于一种是圆形扁状物体，以面为分割单位，拼接方式简单，仅在X与Y轴运动，而卷发棒是圆形柱状物体，分割单位为体，在考虑横向直径变大的同时，也要注意拼接体能否在圆心方向能够完美衔接。考虑到是否能够保证放大拼接后的圆柱横切面近似圆形，本文考虑将发热导体分成六份，同样是弧形钢片连接拼接体，在拼接体收缩的时候需要收纳在圆柱形发热导体中。 （二）卷发棒旋转调节工作原理
在考虑调节原理时，发现了相较于桌面片体而言柱体运动的优势，因为面片厚度有限，在上述旋转方式中需要同时将原有的扇形面片和连接体与弧形钢片进行连接，并安置轨道，才能保证旋转的同时，两个部件都能运动，卷发棒内部空间有限，轨道及弧形钢片的数量和大小都满足不了上述结构，但是体与体之间有一定的接触面积，可以通过挤压，使得两个部件一个主动，一个从动，就可以解决上述问题。当中心轴旋转时，弧形钢片做离心运动，6块连接体向外扩张，同时发热导体受相邻连接体挤压，发生位移，实现横截面直径的扩大。
连接体设计为梯形是想让垂直与连接体与接触面的F压可以分成F1、F2，由于在F2方向受连接体的阻拦无法移动，从而转移为F1方向移动，F1则为轴心与扇形导体延长线方向，因此可以保证导体能够沿轴心移动，使整个卷发棒直径发生改变，见图7。
（三）卷发棒离心连杆运动结构及外观设计
1.功能头设计：由于直径变大时，六块黑色导体之间会产生缝隙，需要连接体充当填补物的角色，将连接体设计成梳齿状，可以保证头发在缠绕时不会滑落，做到无夹板设计，收缩时，可以填补空隙，见图8。
2.手柄电路设计：在手柄电路设计中要考虑每个导体的连接线旋转时避免缠绕，电路板尽量原理发热导体，用户在按键操作时要避免与功能头有接触，内部安置分线器，分别留有6个扇形孔分割线路，电源为交流电，能够以最快速度将温度提升至120°C以上，见图9。
3.手柄外观设计：手柄外观从人机、防滑、防烫、美观三个角度设计了两款方案，旋转键都安置在功能头与握柄交界的位置，防烫设计分为桌面防烫与手部防烫，在旋转键上有一喇叭型的防烫隔层，保证用户在使用时能够不触碰前面的发热导体，并且隔层的直径整体大于卷发棒直径，在桌面放置时，隔层充当支点将卷发棒架起，避免功能头接触桌面，功能头前方设计了可以方便用户双手操作的圆形盖，见图10。
方案一图10（左）采用锥形造型，锥形相较于圆形更贴合手部持握姿势，增加了黑色橡胶套，起到给用户手握位置暗示以及防滑的作用。
方案二图10（右）延续了方案一的锥形造型，增加了棱角以及面片的叠加，具有科技感，外部是红色塑料套包裹，内部为黑色磨砂塑料。
五、Ansys的接触应力分析
以卷发棒的旋转可调式静态态结构为分析对象，通过接触面的温度、压力、摩擦力等设置参数，运用Ansys的网格分析红色连接体与黑色发热导体之间接触面的弹性形变轮廓图 ，验证该结构的可行性。
（一）基本参数设置
首先设置Ansys分析模式为静态结构，如图一所示，接着将模型的STP格式文件导入Ansys中，，由于卷发棒功能头温度需要120°C，材质则选择耐高温的PC塑料，其余零部件为结构钢，见图11。
设置接触面以及接触面有无摩擦、摩擦系数等，PC材质为聚碳酸酯，根据摩擦系数查询可得其摩擦系数为0.60，随后生成网络，见图12。
在连接体与发热导体进行挤压时，需要设置固定支撑面，保证卷发棒外筒直径和造型不變，在Ansys分析时将发热导体外表面和内表面作固定约束，根据离心力公式计算F=mω^2*r，m为单个连接件质量，ω表示非惯性系自身转动的角速度，r为弧形钢片两端固定点之间的直线距离，在不考虑摩擦力的情况下，该离心力等与连接件向上运动的作用力，也就是对扇形发热导体单面的作用力，为了保证精确调整直径，ω为0.8，质量为10g，r为1cm，F为0.64N，在受力面表面加载0.64N的作用力，见图13。
（二）实验结果分析
选取单元导体，判断单一发热导体在运动时受连接体挤压后发生的弹性形变情况，生成网格受力轮廓图，观察其变形程度，判断方案的可行性，见图14。
从轮廓图可以得出，形变最严重的为首尾端，中部变形程度最小，整体造型没有太大变化，因此该结构可以承受旋转后的离心挤压力。
结语
经过综合分析，卷发棒设计的侧重点应当在于其造型功能，通过分析不同发型所对应的卷发棒造型规律，从改变直径这一源头入手，构想出旋转可变直径的结构，并加以佐证其可行性，实现了卷发棒功能的优化设计，同时，从用户体验的角度对其手柄造型和防烫等辅助功能进行改进，在研究过程中发现，对于手持护理小家电行业，材料是改变其造型本质的决定性因素，如果能找到可以冷烫的技术，其中热量所带来的影响便可以忽略不计。因此在该领域的设计实践中，设计人员需要着眼于功能和结构的创新。