triz技術在自動打孔裝訂機進給系統(tǒng)創(chuàng)新設計中的應用

TRIZ技術在自動打孔裝訂機進給系統(tǒng)創(chuàng)新設計中的應用（機設101班孫艷想5號）自動打孔裝訂機是一種新型的自動化辦公設備,具有無粉屑污染、噪聲小、操作簡單、環(huán)保等優(yōu)點,在金融、海關、圖書及檔案等部門應用十分廣泛。但是,該設備的進給系統(tǒng)仍存在著故障率高、部分關鍵部件如輪齒失效快、壽命短等缺點。因此,將運用TRIZ技術,對自動打孔裝訂機進給系統(tǒng)進行創(chuàng)新設計,以提高自動打孔裝訂機的整體性能1自動打孔裝訂機的工作原理自動打孔裝訂機主要由兩部分構成打孔部分和裝訂壓帽部分。首先進給電機通過齒輪傳動,使裝有齒條的主滑塊向下移動見圖1。同時,主滑塊上的打孔電機通過變速裝置使管狀空心鉆頭旋轉(zhuǎn),使要裝訂的一疊紙張打出圓孔,產(chǎn)生的飛屑通過空心鉆頭中心孔自動排入飛屑箱中,打孔完畢后鉆頭隨主滑塊上行回程。然后,啟動裝訂壓帽機構,裝訂用塑料管被定量切割、加熱后,在壓帽機構的作用下兩端變形并夾緊紙張,最后完成裝訂工作2自動打孔裝訂機的技術沖突表達自動打孔裝訂機存在的主要問題是在額定打孔深度即裝訂厚度條件下,其進給系統(tǒng)傳動零部件失效率高。表現(xiàn)為開式齒輪齒條傳動嚙合間隙不穩(wěn)定,齒輪或齒條上的輪齒變形或斷裂。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),當裝訂的紙張強度較高時,隨著鉆頭鉆孔的深入,紙張對鉆頭的阻力變大,同時碎紙屑從空心鉆頭內(nèi)排出時,進一步增大了鉆頭的阻力,使得對于安裝精度要求很高的齒輪齒條進給系統(tǒng)出現(xiàn)了上述問題。如果增加齒輪齒條傳動的強度與剛度,來滿足傳動的要求,則會導致傳動系統(tǒng)體積增大,對機架整體剛度、精度的要求提高等的負面影響,使機器成本大幅上升。綜上分析可知,其技術沖突可用TRIZ中39個通用工程特性描述如下希望改進的特性1傳動系統(tǒng)傳遞的力用序號表示2輪齒的強度用序號表示。兩種特性改善會產(chǎn)生負面影響的特性1傳動系統(tǒng)的體積用字母A表示2機架整體的制造精度用字母B表示。3沖突矩陣的建立與技術沖突的解決原理將上述希望改進的特性及其可產(chǎn)生負面影響的特性代入TRIZ沖突矩陣表1,4,得自動打孔裝訂機進給系統(tǒng)的沖突矩陣,如表1所示。表1中給出的數(shù)字4就是40條創(chuàng)造發(fā)明原理中的方法排序號,如“7”就是指第7個發(fā)明方法套裝表1沖突矩陣表由希望改進的特性“傳動系統(tǒng)傳遞的力”（與產(chǎn)生負面影響的特性“傳動系統(tǒng)的體積”A,可以從沖突矩陣中查到以下4個發(fā)明方法序號是9,12,15,37對應的創(chuàng)新方法分別為預加反作用、等勢性、動態(tài)化、熱膨脹。同樣,由“輪齒的強度”與“機架整體的制造精度”B查到的發(fā)明方法序號是3,27對應的創(chuàng)新方法分別是局部質(zhì)量,低成本、不耐用的物體替代昂貴、耐用的物體。依此類推,各創(chuàng)新方法及其相應解決技術沖突的原理和內(nèi)容見表2。4創(chuàng)新方案及其選擇根據(jù)表2所列的創(chuàng)新方法,結合實際情況,從中選用曲面化方法來建立自動打孔裝訂機進給系統(tǒng)的創(chuàng)新方案。依據(jù)該方法解決技術沖突的原理和內(nèi)容,由TRIZ軟件系統(tǒng)可建立進給系統(tǒng)“有用”的創(chuàng)新方案為螺旋傳動進給和凸輪傳動進給。即用螺旋傳動或凸輪傳動進給代替原來的開式齒輪齒條傳動進給,可解決上述的技術沖突。螺旋傳動與凸輪傳動進給方案的比較如表3所示。綜上分析可知,螺旋傳動更適合作為自動打孔裝訂機的進給傳動系統(tǒng)。通過對螺旋傳動進給系統(tǒng)進行實際工況運轉(zhuǎn)和樣機實驗,結果發(fā)現(xiàn)螺旋傳動能夠準確地實現(xiàn)自動打孔的進給,且穩(wěn)定性高、壽命長,其結構及工作原理如圖2所示。表2解決技術沖突的原理和內(nèi)容序號創(chuàng)新方法解決技術沖突的原理和內(nèi)容3局部質(zhì)量1）將物體或環(huán)境的均勻結構變成不均勻結構2使組成物體的不同部分完成不同的功能7套裝1將一個物體放在第二個物體中,將第二個物體放在第三個物體中,可進行下去。2使一個物體穿過另一個物體的空腔9預加反作用1）預先施加反作用。2如果一個物體處于或?qū)⑻幱谑芾鞝顟B(tài),預產(chǎn)生的負面影響ABI912153728293637希望的改進的特性II7101415327先增加壓力10預操作1在操作開始前,使物體局部或全部產(chǎn)生所需的變化。2預先對物體進行特殊安排,使其在時間上有準備,或已處于易操作的位置12等勢性1改變工作條件,使物體不需要被升高或降低14曲面化1將直線或平面部分用曲線或曲面代替,立方形用球形代替。2采用輥、球和螺旋。3用旋轉(zhuǎn)運動代替直線運動,采用離心力15動態(tài)化1使一個物體或其環(huán)境在操作的每一個階段自動調(diào)整,以達到優(yōu)化的性能。2劃分一個物體成具有相互關系的元件,元件之間可以改變相對位置。3如果一個物體是靜止的,使之變?yōu)檫\動的或可改變的。27低成本、不耐用的物體替代昂貴、耐用的物體1用一些低成本物體代替昂貴物體,用一些不耐用物體代替耐用物體,有關特性作折中處理28機械系統(tǒng)的代替1用視覺、聽覺、嗅覺系統(tǒng)代替部分機械系統(tǒng)。2用電場、磁場及電磁場完成與物體的相互作用。3將固定場變?yōu)橐苿訄?將靜態(tài)場變?yōu)閯討B(tài)場,將隨機場變?yōu)榇_定場。4將鐵磁粒子用于場的作用之中。29氣動與液壓結構1物體的固體零部件可以用氣動或液壓零部件替代,將氣體或液壓用于膨脹或減振36狀態(tài)變化1在物質(zhì)狀態(tài)變化過程中實現(xiàn)某種效應。37熱膨脹1利用材料的熱膨脹或熱收縮性質(zhì)。2使用具有不同熱膨脹系數(shù)的材料表3進給系統(tǒng)傳動方案的比較3結論綜上所述,基于TRIZ的曲面化創(chuàng)新方法,將自動打孔裝訂機原來的齒輪齒條進給系統(tǒng)改為螺旋傳動,成功地運用了TRIZ技術進行創(chuàng)新設計。通過試驗發(fā)現(xiàn),創(chuàng)新設計后的自動打孔裝訂機的性能和可靠性從根本上得到了提高,克服了原有系統(tǒng)故障率高、無故障工作時間短等缺點。TRIZ技術在自動打孔裝訂機進給系統(tǒng)中成功地實現(xiàn)了技術創(chuàng)新,再次證明了TRIZ技術在機械領域中的廣泛運用。TRIZ技術的眾多成功實例表明,無