TRIZ理論內(nèi)涵

發(fā)明問題解決理論TRIZ(Theory of InventiveProblem Solving，TRIZ)是在分析世界各國專利的基礎(chǔ)上提出的一種創(chuàng)新問題解決理論，由解決技術(shù)問題和實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新開發(fā)的各種方法、工具和算法組成。TRIZ的問題模型共有四種形式：技術(shù)矛盾，物理矛盾，物質(zhì)—場問題，知識(shí)使能問題。近年來，許多世界級(jí)公司如福特、摩托羅拉等也開始應(yīng)用TRIZ進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新，TRIZ目前已成為解決創(chuàng)新性問題最有力的方法之一。該法具有工序集中，降低生產(chǎn)成本，減少加工時(shí)間和搬運(yùn)次數(shù)，增加單位時(shí)間工件數(shù)量，提高工作效率等優(yōu)點(diǎn)。

基于TRIZ理論的膜片組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

TRIZ的工具也有四種：矛盾矩陣、分離原理、知識(shí)與效應(yīng)庫和標(biāo)準(zhǔn)解法系統(tǒng)。技術(shù)矛盾指當(dāng)技術(shù)系統(tǒng)的某—個(gè)特性或參數(shù)得到改善的同時(shí)，導(dǎo)致另—個(gè)特性或參數(shù)發(fā)生惡化而產(chǎn)生的矛盾。TRIZ理論將導(dǎo)致技術(shù)矛盾的因素總結(jié)成39個(gè)通用工程參數(shù)，建立了矛盾矩陣表，提供了40個(gè)解決技術(shù)矛盾的刨新原理。把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為技術(shù)矛盾之后，利用矛盾矩陣，可以得到推薦的解決所定義的技術(shù)矛盾的刨新原理。以這些創(chuàng)新原理作為依據(jù)，根據(jù)總結(jié)歸納的類似問題的類似的標(biāo)準(zhǔn)解決方法，將這些類似的標(biāo)準(zhǔn)解決方法，應(yīng)用到實(shí)際問題之中，就容易找到針對(duì)實(shí)際問題的一些可行方案。如表1所示，為矛盾矩陣(部分)，它將39個(gè)工程參數(shù)與40條發(fā)明原理建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系，很好的解決了設(shè)計(jì)過程中選擇發(fā)明原理的難題。矩陣中行描述的工程參數(shù)為沖突中惡化的—方，列則表示改善的—方，行列交叉出的數(shù)字為解決此矛盾所推薦的原理序號(hào)。

根據(jù)膜片聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)及膜片實(shí)際損壞情況，確定改進(jìn)參數(shù)為強(qiáng)度，惡化參數(shù)為應(yīng)力或壓力。由于膜片組件的損壞主要出現(xiàn)在膜片鉸接點(diǎn)附近，本文僅選用局部質(zhì)量原理來設(shè)計(jì)與分析膜片組的構(gòu)成。

局部質(zhì)量原理具有以下含義：(1)將物體、環(huán)境或外部作用的均勻結(jié)構(gòu)變?yōu)椴痪鶆虻?(2)讓物體的不同部分各具不同的功能;(3)讓物體的各部分處于執(zhí)行各自功能的最佳狀態(tài)。由此可以看出局部質(zhì)量原理解決問題的途徑有3個(gè)，采用“將物體、環(huán)境或外部作用的均勻結(jié)構(gòu)變?yōu)椴痪鶆虻摹狈绞?，設(shè)計(jì)出了如圖1所示的膜片組結(jié)構(gòu)。

強(qiáng)度分析

膜片是膜片聯(lián)軸器的主要部件。數(shù)片膜片疊加組裝在一起，傳遞扭矩時(shí)允許傳動(dòng)軸有一定的軸向、角度位移，能補(bǔ)償動(dòng)力機(jī)械和工作機(jī)械的安裝誤差，提高機(jī)組工作的可靠性。

用厚度為1mm的5片膜片和2片補(bǔ)片組成膜片組。對(duì)膜片組施加軸向位移lmm，載荷400N.m。膜片及補(bǔ)片材料為AISl304，材料密度p=8000 kg/m3，楊氏模量E=198 GPa，泊松比u=0.29，屈服強(qiáng)度€%l=206MPa。用SolidWorks軟件構(gòu)建膜片組幾何模型，用集成于SolidWorks軟件中的CosmosWorks分析膜片組的von Mises應(yīng)力及疲勞強(qiáng)度。

基于最大von Mises應(yīng)力準(zhǔn)則進(jìn)行的應(yīng)力分析。最后得出結(jié)論：⑴最大應(yīng)力出現(xiàn)在膜片上鉸接點(diǎn)附近;⑵增加補(bǔ)片的膜片組，應(yīng)力幅值明顯小于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)膜片組;⑶補(bǔ)片能夠起到減小局部(膜片鉸接點(diǎn)附近)應(yīng)力值作用。

膜片聯(lián)軸器作為動(dòng)力機(jī)械和工作機(jī)械之間的連接設(shè)備，工作條件復(fù)雜多變。當(dāng)動(dòng)力機(jī)桶或工作機(jī)械存在安裝誤差，或者動(dòng)力機(jī)械、工作機(jī)械工作時(shí)存在震動(dòng)，會(huì)使膜片組產(chǎn)生軸向、角度位移，產(chǎn)生附加應(yīng)力。隨著動(dòng)力機(jī)械和工作機(jī)械反復(fù)啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)，膜片聯(lián)軸器承受著交變應(yīng)力作用，膜片損壞形式為疲勞破壞。以前面的vonMises應(yīng)力分析為基礎(chǔ)，分析膜片的疲勞狀態(tài)，模擬工況條件為聯(lián)軸器處于經(jīng)常反復(fù)啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)頻繁狀態(tài)。分析結(jié)果可以看出帶補(bǔ)片的膜片組結(jié)構(gòu)的安全性能明顯高于不帶補(bǔ)片的膜片組結(jié)構(gòu)，說明帶補(bǔ)片膜片組的抗疲勞能力遠(yuǎn)高于不帶補(bǔ)片的膜片組，補(bǔ)片起到了一定的抵抗疲勞破壞的作用。

考慮到異形補(bǔ)片制作、安裝，以及運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可能存在某些問題，故此，可以用圓形補(bǔ)片代替異形補(bǔ)片。圓形補(bǔ)片基本能夠起到與異形補(bǔ)片一樣的作用。

利用TRIZ原理，分析膜片聯(lián)軸器存在的技術(shù)矛盾，利用矛盾矩陣，并結(jié)合膜片的工況，選用局部質(zhì)量原理，設(shè)計(jì)出帶補(bǔ)片的膜片聯(lián)軸器新結(jié)構(gòu)。利用SilodWorks軟件建模，利用CosmsoWorks軟件對(duì)帶補(bǔ)片的膜片組和傳統(tǒng)膜片組機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，通過比較分析，得出以下結(jié)論：(1)在膜片數(shù)量相同的情況下，增加補(bǔ)片，膜片組的抗疲勞性能明顯提高;(2)在膜片數(shù)量相同的情況下，增加補(bǔ)片，有效地降低了膜片組中應(yīng)力大小;(3)最大應(yīng)力集中在膜片上孔邊緣附近，其它地方較安全。可以根據(jù)需要，適當(dāng)?shù)卦黾友a(bǔ)片數(shù)量，或改變補(bǔ)片形狀，以設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單、受力合理、使用壽命長的膜片組件。

（作者單位：長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院）