机设10-1班孙艳想5号TRIZ技术在自动打孔装订机进给系统创新设计中的应用

TRIZ技术在自动打孔装订机进给系统创新设计中的应用（机设10-1班孙艳想5号）自动打孔装订机是一种新型的自动化办公设备,具有无粉屑污染、噪声小、操作简单、环保等优点,在金融、海关、图书及档案等部门应用十分广泛。但是,该设备的进给系统仍存在着故障率高、部分关键部件(如轮齿)失效快、寿命短等缺点。因此,将运用TRIZ技术,对自动打孔装订机进给系统进行创新设计,以提高自动打孔装订机的整体性能1自动打孔装订机的工作原理自动打孔装订机主要由两部分构成:打孔部分和装订压帽部分。首先进给电机通过齿轮传动,使装有齿条的主滑块向下移动(见图1)。同时,主滑块上的打孔电机通过变速装置使管状空心钻头旋转,使要装订的一叠纸张打出圆孔,产生的飞屑通过空心钻头中心孔自动排入飞屑箱中,打孔完毕后钻头随主滑块上行回程。然后,启动装订压帽机构,装订用塑料管被定量切割、加热后,在压帽机构的作用下两端变形并夹紧纸张,最后完成装订工作2自动打孔装订机的技术冲突表达自动打孔装订机存在的主要问题是在额定打孔深度(即装订厚度)条件下,其进给系统传动零部件失效率高。表现为:开式齿轮齿条传动啮合间隙不稳定,齿轮或齿条上的轮齿变形或断裂。经研究发现,当装订的纸张强度较高时,随着钻头钻孔的深入,纸张对钻头的阻力变大,同时碎纸屑从空心钻头内排出时,进一步增大了钻头的阻力,使得对于安装精度要求很高的齿轮-齿条进给系统出现了上述问题。如果增加齿轮-齿条传动的强度与刚度,来满足传动的要求,则会导致传动系统体积增大,对机架整体刚度、精度的要求提高等的负面影响,使机器成本大幅上升。综上分析可知,其技术冲突可用TRIZ中39个通用工程特性描述如下:希望改进的特性:(1)传动系统传递的力(用序号Ⅰ表示);(2)轮齿的强度(用序号Ⅱ表示)。两种特性改善会产生负面影响的特性:(1)传动系统的体积(用字母A表示);(2)机架整体的制造精度(用字母B表示)。3冲突矩阵的建立与技术冲突的解决原理将上述希望改进的特性及其可产生负面影响的特性代入TRIZ冲突矩阵表[1,4],得自动打孔装订机进给系统的冲突矩阵,如表1所示。表1中给出的数字[4]就是40条创造发明原理中的方法排序号,如“7”就是指第7个发明方法:套装表1冲突矩阵表由希望改进的特性“传动系统传递的力”（Ⅰ)与产生负面影响的特性“传动系统的体积”(A),可以从冲突矩阵中查到以下4个发明方法:序号是9,12,15,37;对应的创新方法分别为:预加反作用、等势性、动态化、热膨胀。同样,由“轮齿的强度”(Ⅱ)与“机架整体的制造精度”(B)查到的发明方法序号是3,27;对应的创新方法分别是:局部质量,低成本、不耐用的物体替代昂贵、耐用的物体。依此类推,各创新方法及其相应解决技术冲突的原理和内容见表2。4创新方案及其选择根据表2所列的创新方法,结合实际情况,从中选用曲面化方法来建立自动打孔装订机进给系统的创新方案。依据该方法解决技术冲突的原理和内容,由TRIZ软件系统可建立进给系统“有用”的创新方案为:螺旋传动进给和凸轮传动进给。即用螺旋传动或凸轮传动进给代替原来的开式齿轮齿条传动进给,可解决上述的技术冲突。螺旋传动与凸轮传动进给方案的比较如表3所示。综上分析可知,螺旋传动更适合作为自动打孔装订机的进给传动系统。通过对螺旋传动进给系统进行实际工况运转和样机实验,结果发现螺旋传动能够准确地实现自动打孔的进给,且稳定性高、寿命长,其结构及工作原理如图2所示。表2解决技术冲突的原理和内容序号创新方法解决技术冲突的原理和内容3局部质量1）将物体或环境的均匀结构变成不均匀结构2)使组成物体的不同部分完成不同的功能7套装1)将一个物体放在第二个物体中,将第二个物体放在第三个物体中,可进行下去。(2)使一个物体穿过另一个物体的空腔9预加反作用1）预先施加反作用。2)如果一个物体处于或将处于受拉伸状态,预先增加压力产生的负面影响AB希望的改进的特性I912153728293637II710141532710预操作1)在操作开始前,使物体局部或全部产生所需的变化。(2)预先对物体进行特殊安排,使其在时间上有准备,或已处于易操作的位置12等势性1)改变工作条件,使物体不需要被升高或降低14曲面化1)将直线或平面部分用曲线或曲面代替,立方形用球形代替。(2)采用辊、球和螺旋。(3)用旋转运动代替直线运动,采用离心力15动态化1)使一个物体或其环境在操作的每一个阶段自动调整,以达到优化的性能。(2)划分一个物体成具有相互关系的元件,元件之间可以改变相对位置。(3)如果一个物体是静止的,使之变为运动的或可改变的。27低成本、不耐用的物体替代昂贵、耐用的物体1)用一些低成本物体代替昂贵物体,用一些不耐用物体代替耐用物体,有关特性作折中处理28机械系统的代替1)用视觉、听觉、嗅觉系统代替部分机械系统。2)用电场、磁场及电磁场完成与物体的相互作用。3)将固定场变为移动场,将静态场变为动态场,将随机场变为确定场。4)将铁磁粒子用于场的作用之中。29气动与液压结构1)物体的固体零部件可以用气动或液压零部件替代,将气体或液压用于膨胀或减振36状态变化1)在物质状态变化过程中实现某种效应。37热膨胀1)利用材料的热膨胀或热收缩性质。2)使用具有不同热膨胀系数的材料表3进给系统传动方案的比较3结论综上所述,基于TRIZ的曲面化创新方法,将自动打孔装订机原来的齿轮齿条进给系统改为螺旋传动,成功地运用了TRIZ技术进行创新设计。通过试验发现,创新设计后的自动打孔装订机的性能和可靠性从根本上得到了提高,克服了原有系统故障率高、无故障工作时间短等缺点。TRIZ技术在自动打孔装订机进给系统中成功地实现了技术创新,再次证明了TRIZ技术在机械领域中的广泛运用。TRIZ技术的众多成功实例表明,无论对于简单机械还是复杂机械的技术创新,都能达到很好的预期效果。因此,TRIZ技术是一种极具应用前景的有效的创新设计方法项目凸轮传动螺旋传动承载能力一般好运动速度低较高安装精度要求低低质量体积大小噪声大小微调微位移差好平稳性差好自锁性差好寿命中长