王永安，王武軍

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

汽車密封型連接器和汽車非密封型連接器是按照密封性能來劃分的。易浸水的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙等部位一般選擇密封型連接器，而不易浸水的駕駛艙等部位則選擇非密封型連接器［1］。衡量密封型連接器的重要指標(biāo)之一就是密封型連接器的密封可靠性，因?yàn)槊芊饪煽啃灾苯佑绊懥穗娖鞑考墓δ軐?shí)現(xiàn)。密封型連接器在設(shè)計(jì)和使用過程中經(jīng)常會(huì)有密封失效的情況，而實(shí)際情況下，人們不容易快速有效地解決該問題。

本文將使用TRIZ理論中的矛盾問題解決方法進(jìn)行該類密封問題的解決。

1 TRIZ理論

TRIZ理論是蘇聯(lián)人根里奇·阿奇舒勒 （Genrich S.Altshuler）在研究了大量的世界范圍內(nèi)的專利后提出的發(fā)明問題解決辦法［2］。TRIZ理論廣泛應(yīng)用于軍事［3］、航空［4］、高鐵［5］等多個(gè)領(lǐng)域，是來自于專利又能幫助產(chǎn)生專利的創(chuàng)新利器［6］。該理論將解決發(fā)明問題的過程進(jìn)行了具體化，提出了技術(shù)進(jìn)化曲線、矛盾矩陣和物質(zhì)-場分析等解決發(fā)明問題的標(biāo)準(zhǔn)工具和方法。這些工具和方法能幫助人們克服原有的思維慣性，使人們能正確有效地分析及解決問題。

以下是使用TRIZ理論來解決工程技術(shù)問題的步驟：①第1步，針對(duì)待解決的問題進(jìn)行技術(shù)分析和技術(shù)定義；②第2步，將問題轉(zhuǎn)換為TRIZ問題模型；③第3步，使用TRIZ工具形成解決方案模型；④第4步，使用解決方案模型得出最終方案。整個(gè)過程的流程如圖1所示。

圖1 使用TRIZ解決問題的邏輯圖

在人們解決問題的過程中首先要保證或提高產(chǎn)品的某些內(nèi)部性能，但這種提高往往導(dǎo)致產(chǎn)品其他內(nèi)部性能的降低，這就是矛盾。TRIZ中矛盾分為兩種形式，一種稱為技術(shù)矛盾，另一種稱為物理矛盾。在技術(shù)系統(tǒng)中，如果提高一個(gè)參數(shù)的性能，卻使得另一個(gè)參數(shù)的性能下降，這樣兩個(gè)參數(shù)之間的矛盾，稱為技術(shù)矛盾；如果在技術(shù)系統(tǒng)中針對(duì)同一個(gè)參數(shù)，有不同方向的兩種期望，這樣的針對(duì)同一參數(shù)的矛盾，稱為物理矛盾。物理矛盾相對(duì)于技術(shù)矛盾，對(duì)技術(shù)系統(tǒng)的理解層次更深刻，技術(shù)矛盾可以轉(zhuǎn)換為物理矛盾來解決問題［7］。要解決矛盾問題，需要先對(duì)矛盾進(jìn)行分析定義，然后判斷該矛盾屬于技術(shù)矛盾還是物理矛盾；技術(shù)矛盾使用矛盾矩陣求解，物理矛盾使用分離原理求解，然后轉(zhuǎn)化為最終方案。圖2給出了TRIZ解決矛盾問題的流程。

2 端面密封型連接器的設(shè)計(jì)改進(jìn)

2.1 端面密封型連接器使用情況分析

汽車用密封型連接器一般由插頭護(hù)套 （5）、插座護(hù)套（7）、插頭端子 （3）、插座端子 （4）、密封圈 （密封墊）（6）、密封堵 （2）組成，見圖3。使用時(shí)插頭端子、插座端子與導(dǎo)線、密封堵壓接后分別裝配在插頭護(hù)套、插座護(hù)套內(nèi)。汽車線束中電路的導(dǎo)通和斷開是通過插頭護(hù)套、插座護(hù)套的插接和分離來實(shí)現(xiàn)的。護(hù)套與護(hù)套之間的密封靠密封圈（密封墊）和護(hù)套過盈實(shí)現(xiàn)；護(hù)套和導(dǎo)線之間的密封靠密封堵和護(hù)套、導(dǎo)線過盈實(shí)現(xiàn)。

圖2 解決矛盾問題的流程圖

汽車用密封連接器的密封型式，一般分為側(cè)面密封和端面密封［8］。端面密封型連接器是通過插頭護(hù)套、插座護(hù)套擠壓密封墊來保證密封的。如圖3所示的端面密封連接器，該連接器連接發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車BCM，負(fù)責(zé)把發(fā)動(dòng)機(jī)的各種介質(zhì)溫度、轉(zhuǎn)速、運(yùn)轉(zhuǎn)工況等信息傳遞給BCM，以便通過BCM協(xié)調(diào)，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳工作狀態(tài)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)于汽車的心臟，是為汽車提供動(dòng)力的裝置，汽車的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能和環(huán)保性能直接由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性決定，所以該連接器穩(wěn)定可靠的連接對(duì)整車性能起到了關(guān)鍵的作用。由于發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)艙放置，環(huán)境惡劣，需要很好的抗震性能及優(yōu)良的密封性能。目前該產(chǎn)品對(duì)配后10kPa就有漏氣現(xiàn)象，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的密封性能，且插頭護(hù)套和插座護(hù)套配合力為100N，不利于工人操作。

圖3 端面密封型連接器示意圖

為了達(dá)到密封要求，需要49kPa無漏氣現(xiàn)象，且能實(shí)現(xiàn)各端子孔獨(dú)立密封，即使一個(gè)端子孔失效，不至于影響其它功能的實(shí)現(xiàn)。解決該問題的常規(guī)方案需要增大插頭護(hù)套、插座護(hù)套擠壓密封墊的過盈量，但這樣使插頭護(hù)套和插座護(hù)套的配合力進(jìn)一步增加，使客戶使用困難。

2.2 矛盾定義及TRIZ分析

通過我們對(duì)端面密封連接器的分析發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵問題在密封墊和護(hù)套結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，即尋求一種設(shè)計(jì)，使密封可靠性好而且插頭護(hù)套和插座護(hù)套的配合力也很小，方便客戶使用。對(duì)密封和護(hù)套結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析：如果希望密封效果良好，可以增加密封墊和插頭護(hù)套、插座護(hù)套的過盈量，但其缺點(diǎn)是：插頭護(hù)套和插座護(hù)套的配合力增加，客戶使用困難。如果希望客戶使用方便，可以減小密封墊和插頭護(hù)套、插座護(hù)套的過盈量，但其缺點(diǎn)是：密封效果差，影響性能。系統(tǒng)中的矛盾為：提高系統(tǒng)密封可靠性，卻惡化了配合力。經(jīng)判斷該矛盾屬于技術(shù)矛盾。

根據(jù)TRIZ理論，改善的參數(shù)為可靠性，惡化的參數(shù)為力，據(jù)此查找矛盾矩陣表，見表1。

表1 矛盾矩陣簡表

經(jīng)過查詢矛盾矩陣，創(chuàng)新原理3、8、10、28可以用于解決該矛盾，這幾種創(chuàng)新原理如下。

1）原理3局部質(zhì)量原理

①將物體、環(huán)境或外部作用的均勻結(jié)構(gòu)變?yōu)椴痪鶆虻摹?/p>

②讓物體的不同部分各具有不同功能。

③讓物體的各部分處于完成各自功能的最佳狀態(tài)。

2）原理8質(zhì)量補(bǔ)償原理

3）原理10預(yù)先作用原理

4）原理28機(jī)械系統(tǒng)替代

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)新原理3中的③項(xiàng)可以用于解決目前的矛盾問題。

2.3 改進(jìn)設(shè)計(jì)方案

為解決端面密封連接器配合力大的問題，根據(jù)TRIZ理論中的矛盾矩陣得到的創(chuàng)新原理3中的③項(xiàng)進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，將插頭護(hù)套、插座護(hù)套和密封墊配合的面設(shè)計(jì)為凸筋結(jié)構(gòu) （圖4）。

針對(duì)插頭護(hù)套、插座護(hù)套和密封墊配合的面進(jìn)行了凸筋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使凸筋和密封墊過盈，而插頭護(hù)套、插座護(hù)套的端面不會(huì)和密封墊過盈 （圖5），這樣能顯著提高密封性能，而不增加配合力。為了達(dá)到各端子孔獨(dú)立密封的要求，設(shè)計(jì)凸筋結(jié)構(gòu)包圍每一個(gè)需要密封的端子孔，當(dāng)插頭護(hù)套、插座護(hù)套配合時(shí)只有凸筋和密封堵過盈，這樣既能保證密封性能，又不會(huì)使配合力過大。

圖4 凸筋改進(jìn)示意圖

圖5 改進(jìn)后配合示意圖

對(duì)上述改進(jìn)后的產(chǎn)品做了密封試驗(yàn)和配合力試驗(yàn)，該產(chǎn)品可以保證在98kPa的氣壓下沒有氣泡產(chǎn)生，滿足汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。該產(chǎn)品配合力為75N，優(yōu)于該產(chǎn)品原來的配合力。

3 設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析

和原方案相比，改進(jìn)設(shè)計(jì)后的方案提高了可靠性，配合力也有所降低，表2列出了方案改進(jìn)前后參數(shù)上的對(duì)比分析。

表2 設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析

4 結(jié)束語

利用TRIZ理論的創(chuàng)新工具，解決端面密封型連接器中密封可靠性和連接器配合力之間的矛盾問題，在不增大配合力的基礎(chǔ)上解決端面密封可靠性的問題，從而證明TRIZ是一種非常有效的發(fā)明問題解決工具。

當(dāng)人們遇到工程技術(shù)難題時(shí)，TRIZ理論能通過一種固定的流程給人們提出TRIZ解決方案，使人們能快速、有效地通過TRIZ解決方案得到最終解決方案。