引言

雕塑有著非常悠久的歷史,不論從雕塑的體積還是表現(xiàn)的場景來看,雕塑作品散發(fā)出來的藝術(shù)氣息無不透露出人類無窮的智慧,然而傳統(tǒng)雕塑大多是對動作或者場景的瞬間捕捉,具有唯一且確定的狀態(tài)。雕塑是最古老的藝術(shù)形式之一,黑格爾把雕塑定義為把人的形象當作一種立體物在三維度空間中加以處理。從古希臘的菲狄亞斯到文藝復興時期的米開朗基羅,再到l9世紀的羅丹,都將雕塑作為一個獨立自在的世界來對待,把團塊和體積視為雕塑的重要原則,雕塑的空間形式和美學特征僅存在于單個形象本身的體面轉(zhuǎn)換關(guān)系之中。古希臘雕塑家制定的原則及創(chuàng)造的作品被贊譽得完美無缺,因而反過來成為雕塑家探索過程中的桎梏。

現(xiàn)今雕塑不再是以靜態(tài)單一的形式呈現(xiàn)在公眾面前,國內(nèi)外對于動態(tài)雕塑新形式的探究逐漸深入,對探索新媒介有著強烈渴望,動態(tài)裝置雕塑也漸漸成為當代公共藝術(shù)中不可或缺的藝術(shù)形式之一。動態(tài)雕塑隸屬于動態(tài)藝術(shù),是西方現(xiàn)代雕塑的一個重要組成部分。從20世紀初的立體主義、未來主義到其后俄羅斯的先鋒雕塑、包豪斯的藝術(shù)實驗中,我們都能發(fā)現(xiàn)動態(tài)雕塑早期發(fā)展的雛形。

巴西里約奧運會主火炬背后的"動態(tài)光環(huán)"就是非常具有代表意義的動態(tài)雕塑,此裝置是由美國藝術(shù)家AnthonyHowe設(shè)計的,這種形式感極強的動態(tài)模式幾乎成了AnthonyHowe作品的重要標志。而這次的最大創(chuàng)新應(yīng)該在于圣火盆使其上方空氣溫度升高,產(chǎn)生冷熱循環(huán)氣流驅(qū)動光環(huán)擺動,而非以往的利用自然風力,達到了功能與形式美的完整統(tǒng)一。

本文介紹了一種創(chuàng)意動態(tài)雕塑一山東省科技館標志性動態(tài)雕塑"云圖"的設(shè)計,雕塑由上百個上下對稱、左右間隔反相布置、經(jīng)過特殊造型設(shè)計的弧形葉片組成,如圖l所示。在機電系統(tǒng)的控制下,葉片繞軸交錯正反旋轉(zhuǎn),組成一副動態(tài)交替變幻的優(yōu)美曲線。曲線無窮無盡,周而復始,讓人神往,在燈光系統(tǒng)的映襯下熠熠生光,吸引游客探究其奧秘。

1雕塑組成

該動態(tài)雕塑總計有116片弧形葉片,繞軸按照兩個相反相位,以螺旋線方式間隔布置。單相58片,29組,每組兩片葉片軸對稱布置。兩組相反相位的葉片能夠在同一軸上實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運動,呈現(xiàn)出優(yōu)美的動態(tài)曲線。同時葉片演示主體固定于轉(zhuǎn)臺上,轉(zhuǎn)臺能夠360o連續(xù)旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)臺上圓周分布8個七彩LED燈,LED燈可變色,配合葉片運動動態(tài)演繹。葉片轉(zhuǎn)速l0~20r/min,轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速3r/min,轉(zhuǎn)速可調(diào)。

圖1  "云圖"展品

2多組共軸等速正反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計

共軸等速正反轉(zhuǎn)的應(yīng)用非常廣泛,比如共軸雙旋翼直升機就是通過上下共軸反轉(zhuǎn)的兩組旋翼來平衡旋翼扭矩。實現(xiàn)共軸等速正反轉(zhuǎn)的機械結(jié)構(gòu)有很多,如錐齒輪結(jié)構(gòu)、凸輪結(jié)構(gòu)、帶傳動機構(gòu)、聯(lián)桿機構(gòu)等。通過對比多種機械結(jié)構(gòu)的特點并結(jié)合此處的應(yīng)用,本文最終選擇采用多組行星齒輪并列的傳動方式進行設(shè)計,行星齒輪傳動具有體積小、承載能力大、工作平穩(wěn)等特點。多組正反轉(zhuǎn)機械結(jié)構(gòu)主要需保證傳動精度和多組結(jié)構(gòu)傳動一致性,減小傳動累積誤差,基于這些要求,使中間的多組太陽齒輪并聯(lián)安裝在一根軸上,多組齒輪同時通過行星齒輪傳遞到外齒圈上。動力源同時驅(qū)動太陽輪軸和行星輪軸同向運動,并且設(shè)計太陽輪軸的轉(zhuǎn)速是行星輪軸的兩倍,利用行星齒輪運動之間的轉(zhuǎn)速差實現(xiàn)等速正反轉(zhuǎn),如圖2所示。

3葉片設(shè)計

為滿足視覺要求,葉片設(shè)計時各葉片之間間距較小,葉片本身較薄、較密,且只有中間的旋轉(zhuǎn)軸進行支撐。為保證葉片運動中相互交錯、不干涉,葉片選用航空鋁材料制作,葉片的造型創(chuàng)意來源于數(shù)學曲線集合,若干組同軸交叉且規(guī)律變化的數(shù)學曲線緩慢旋轉(zhuǎn),形成令人驚奇的炫目圖形,體現(xiàn)了數(shù)學之美、科學之靈、藝術(shù)之氣,充分表現(xiàn)了科學與藝術(shù)結(jié)合的魅力,各葉片基于數(shù)學曲線的形狀,通過添加曲線加強筋增加強度。兩半葉片通過鎖緊環(huán)抱箍結(jié)構(gòu)固定在旋轉(zhuǎn)軸上,以便安裝調(diào)節(jié)各葉片之間的角度,如圖3所示。

圖2  多組共軸等速正反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3  葉片安裝結(jié)構(gòu)示意圖

4旋轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

整個葉片組件的公轉(zhuǎn)由旋轉(zhuǎn)臺承擔,以回轉(zhuǎn)支撐軸承和齒輪系為載體,傳至電機,并對所需驅(qū)動進行估計,具體設(shè)計過程中,為縮小傳動比,選用擺線針輪減速電機。預(yù)估公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速后,得出傳動比,并以等接觸強度為依托,分配高、低速級齒輪傳動比。確定齒數(shù)之后,對小齒輪分度圓進行計算,保證其強度。結(jié)合材料性能,對齒輪系的彎曲疲勞強度和齒根強度進行驗算,從而滿足動力系統(tǒng)強度要求:并配合采用變頻器對電機進行調(diào)速,以滿足公轉(zhuǎn)速度要求。

5結(jié)語

綜上所述,以行星齒輪傳動為基礎(chǔ)對同軸等速正反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,不僅結(jié)構(gòu)簡潔、緊湊,而且傳動精度高、同步性好,不存在傳動累積誤差。此動態(tài)雕塑利用巧妙的機械結(jié)構(gòu),把深奧的數(shù)學曲線美妙地展示出來,從遠處望去,如同一團"變幻的云朵"在不停變幻科學的玄妙圖案,讓人體會到一種數(shù)學曲線行云流水般的韻律感,其中應(yīng)用到了機械、電子、材料、控制、數(shù)字曲線等技術(shù)。

科學技術(shù)的進步、城市空間的發(fā)展、人們生活的需求讓動態(tài)雕塑藝術(shù)以前所未有的方式進入了公共空間,動態(tài)雕塑將藝術(shù)與科技因素結(jié)合起來,使二者真正融合在一起。