TRIZ理论在插齿机翻转型工作台上的应用

ＴＲＩＺ理论在插齿机翻转型工作台上的应用　唐兆庆黄蓉　４４３００３）　（宜昌长机科技有限责任公司　湖北　宜昌摘　要：采用九屏幕法对插齿机翻转型工作台进行系统分析，针对工作台中存在的技术难　题。运用矛盾矩阵表、创新发明原理等Ｔｒｉｚ工具指导改进工作台的创新方案，并选出最优创新方　案．然后根据该优化方案设计出一种易于加工、易于成套组装、解决混漏油问题的工作台结构，　成功应用于现阶段机床上　关键词：插齿机工作台；精度；Ｔｒｉｚ　中图分类号：ＴＧ５０２　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５—２２７２．２０１６．２４．０５８　０　引言　插齿机是一种使用插齿刀按　照展成法加工内、外直齿和斜齿圆　柱齿轮以及其他齿形的齿轮加工　机床　插齿机主要用于加工多联齿　轮和内齿轮．加附件后可加工齿　条．在插齿机上使用专门刀具还能　加工非圆齿轮、不完全齿轮和内外　成形表面等．加工精度可达７～５　阵表和４０个发明原理优化翻转功　能工作台传动链、减少装配引起的　误差、解决冲屑冷却油与机床内润　滑油的混合等问题　（包括加工工件）的角度旋转，实现　移动、负载的作用。输人轴及电机　主要作用是传送力矩．锥齿轮传动　实现力矩的换方向传送、并实现旋　２基于Ｔｒｉｚ的翻转型工作台　系统分析　作为有效的创新方案．　ｚ提　供了系统化的思维方法——九屏　幕法．具有可操作性、实用性强的　特点　九屏幕法要求设计人员在分　析和解决问题的时候．不仅要考虑　当前的系统．还要考虑它的超系统　级．最大加工工件直径达１２ｍ　ＴＲＩＺ（Ｔｈｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　Ｉｎｎｏｖａ－　ｔｉｏｎ　Ｐｒｏｂｌｅｍｓ　Ｓｏｌｖｉｎｇ．发明问题解　决理论）是一种以技术系统为认知　分析基础．以解决问题为首要任　务．以不断提高技术系统的理想度　为进化目标．让所有的人工制造物　和子系统　以插齿机翻转型工作台　为例（见图ｌ、图２）　由图２．工作台总成是当前的　技术系统．它既是插齿机主机整体　的一个核心部件．又承载着工件完　成圆周分度运动．插齿机主机是工　（产品）变得更完美的理论与方法　学　其核心是建立基于消除技术冲　突的逻辑方法．不断地发现问题并　不折不扣地给予解决．推动产品的　不断进化．想着理想化创新产品设　计的实现　技术系统进化法则、４８　作台总成的超系统：工作台底座、　旋转壳体、输入轴及电机、锥齿　轮传动等是工作　台总成的主要组　成部分．是它的　图１翻转工作台原理图　系统组成　辅助功能　个通用工程参数、４Ｏ个创新发明原　理、矛盾矩阵表、技术矛盾和物理　矛盾等是构成Ｔｒｉｚ理论的体系　本　文将插齿机翻转功能工作台视为　一子系统．工作台　底座主要作用是　承载．旋转壳体　实现工作台面　个技术系统．利用九屏幕法对该　系统进行详细分解．并利用矛盾矩　收稿日期：２０１６—１１－０３　１４０科技创业月刊２０１６年第２４期　ＴＲＩＺ理论在插齿机翻转型工作台上的应用　转壳体的旋转运动。基于此．工作　台总成的精度及加工装配的便利　性综合取决于四个子系统　要指出的是．美国公司Ｔｒｉｚ研究人　３．３．１技术矛盾的设计方案　员在对１９８５～２００３年间１５万份专　以下是根据翻转工作台所列　利的总结、归纳、分析的基础上．将　Ｇｅｎ￣ｃｈＳ．Ａｌｔｓｈｕｌｌｅｒ提出的３９个通　出的创新原理设计的方案　（１）Ｎ０．１５一动态特性原理、Ｎｏ．　３基于Ｔｒｉｚ的工作台设计研究　３．１翻转工作台总成的主要问题　分析　工作台总成作为插齿机实现　圆周分度的一个核心部件．旋转型　工作台更是在圆周分度的基础上　增加了角度可调整的功能．旋转工　作台的理想化目标就是准确的传　动分度运动．角度便于调整．精度　易于保证：一方面加工和装配过程　过于复杂变会增加操作工人的劳　动量，且综合误差不可避免．因此　精度保证较难：另一方面工作台的　输入轴及电机结构与主机存在接　口．接口属于运动中的密封问题．　处理不得当变会导致冲屑的冷却　油与机床内的润滑油混合．影响了　整机的润滑效果　基于此，工作台　的主要问题就是如何解决传动可　靠与混漏油的综合问题　３．２翻转工作台的技术冲突描述　Ｔｒｉｚ理论中．技术冲突是指技　术系统中两个参数存在着相互制　约　即在提高技术系统的某一个参　数（特性、子系统）时。导致另一参　数（特性、子系统）的恶化而产生的　冲突　通过对翻转工作台的问题分　析。①提高加工及部件装配的方便　性．降低了生产率：因此操作流程　的方便性和生产率构成一对技术　矛盾：⑦传动输入端处的接口容易　导致冲屑冷却油与机床内润滑油　的互混．构成了一对技术矛盾。当　技术系统中的实际问题转化为技　术矛盾之后．利用矛盾矩阵．可以　得到推荐的创新原理。以这些创新　原理出发．设计人员就容易找到针　对实际问题的一些可行方案　３．２．１　工程参数的确定　工程参数是表述产品特性的　通用个语言．是作为产品设计指标　的一种体现　它可以分为：“改善的　参数”和“恶化的参数”两大类。需　用工程参数提高到４８个．并对它们　１一分割原理、Ｎｏ．２８一机械系统替　的编码也做了调整　此处的通用工　代原理　动态特性原理就是调整物　程参数即为该４８个通用工程参数　体或环境的性能．使其在工作的各　通过对翻转工作台两对技术　阶段达到最优状态．如果一个物体　矛盾的分析．当提高加工精度及装　是静止的，使之移动或可动　分割　配便利性时，降低了生产效率：即　原理就是把一个物体分成相互独　改善了３３操作流程的方便性．恶　立的部分或将物体分成容易组装　化了３９生产率：传动力矩时冷却　和拆卸的部分　机械系统替代原理　冲屑油与内部润滑油互混．改善了　就是用视觉系统、听觉系统、味觉　１９运动物体的能量消耗．恶化了　系统或嗅觉系统代替机械系统　综　３０作用于物体的有害因素　合利用以上原理．将翻转工作台的　３．２．２矛盾矩阵表的应用　各部件进行分割．每个功能部件做　为了提高解决技术矛盾的效　到分体的组件　率．搞清楚具体在什么情况下使用　（２）Ｎｏ．１一分割原理、Ｎｏ．２４一　哪些创新原理．ＧｅｎｒｉｃｈＳ．Ａｌｔｓｈｕｌｌｅｒ　借助中介物原理、Ｎ０．６一多用性原　创建了矛盾矩阵表．来作为解决技　理、Ｎｏ．２７一廉价替代品原理。借助　术矛盾的工具　２００３年．美国公司　中介物原理就是使用中介物实现　Ｔｒｉｚ研究人员扩展了矛盾矩阵表．　所需动作或者将一物体与另一容　使其解决的问题日益增多　矛盾矩　易去除的物体暂时结合　多用性原　阵表为４８个通用工程参数组成的　理就是使一个物体具备多项功能。　矩阵　第一列表示改善的参数．第　消除了该功能在其他物体内存在　一行表示恶化的参数　矩阵中行列　的必要性（进而裁剪其他物体）。廉　交汇处每一单元格内的数字即为　价替代品原理就是用若干便宜的　４０个创新原理的序号（见图３）。　物体代替昂贵的物体．同时降低某　在矛盾矩阵表上．每一个单元　些质量要求（例如工作寿命）。　格内的数字均表示解决对应的技　３＿３－２翻转工作台的最优设计方案　术矛盾时对人们最有用的创新原　基于以上这些创新原理．得出　理的序号．基于这些创新原理．我　最优的设计方案　一种最新结构的　们再加以演绎．使创新原理具体　翻转工作台．包括工作台底座、旋　化．就可以找到解决实际问题的一　转壳体、电机及输入轴、锥齿轮传　些可行方案．从中选择最优方案　动机构　将电机及输入端的结构和　３．３翻转工作台的创新方案及其　方式进行改变．转换到工作台的侧　选择　面．而不再伸入机床主机之内，从　在翻转工作台的创新设计中．　而避免了冷却油与润滑油在连接　针对两对技术矛盾．在图３中．查　位置的混合　将锥齿轮传动机构方　找两对工程参数行列交汇处的创　式及位置进行了更改．从而能够以　新原理序号　得出解决提高精度及　组件的方式与工作台主体进行连　装配方便性与生产率技术矛盾（技　接．便于装配与互换　图３为基于　术矛盾一）的创新原理序号为Ｎｏ．　该方案设计之后的工作台结构图　１５、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２８。解决传动力矩与混　漏油矛盾问题（技术矛盾二）的创　４结语　新原理序号为Ｎｏ．１、Ｎｏ．２４、Ｎｏ．６、　综上所述．文章在分析插齿机　Ｎｏ．２７　（下转第１４４页）　ＰＩＯＮＥＥＲＩＮＧ　ＷｌＴＨ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＭＯＮＴＨＬＹ　ＮＯ．２４　２０１　６　１４１　增强高炉煤气蒸发冷却器喷嘴杆强度　杆由塔体直筒部位移向上部与入　口相接的锥形过渡段部位（此处塔　够得到较大的收益。　所以．对于已有的降温塔可以　考虑方案３和５．也可以将方案３　体直径减小），则喷嘴杆的伸人长　度大大减少．而不影响其使用功能　和效果。　和５结合起来使用．这样能够更好　的解决问题　对于新建的降温塔，　方案６和３．５的结合使用能够非　常好的解决喷嘴杆容易变形的问　３方案选择及评估　方案１，２：改变喷嘴杆的材料，　图８降温塔结构图　题．能够较大的提高喷嘴杆的使用　寿命　最终可以根据实际情况选择　方案３．５．６中的一种或者几种相　这种方案成本比较高，对喷嘴杆材　气流对喷嘴杆的冲刷以及喷嘴杆　自身重力对喷嘴杆所产生的形变　影响。　３．１．３　利用物理矛盾的分离原理　料的要求越高，成本就越高。　方案３：设置纵向加强筋，这种　方案成本比较低．也无需对系统进　行大的改动　结合来解决实际问题。　４结论　为了保证高炉煤气余能回收　利用布袋除尘的顺利进行．喷雾冷　却降温塔是一个重要的环节．喷雾　得出的解决方案　方案４：增加喷嘴杆管壁的厚　度．这个方案成本较高，而且要对　一方案６：改变喷嘴杆位于降温　塔中的位置以缩短喷嘴杆的长度．　些链接部位进行改动．具体实施　方案５：在喷嘴杆前端和降温　降低喷嘴杆的自身重量　方案描述：利用矛盾特性的空　间分离．从空间上进行系统分离喷　不太方便　塔塔壁之间增加一个支撑杆．因为　冷却降温塔应用也非常普遍。这里　利用ＴＲＩＺ原理．解决了高温烟气　喷雾降温塔的喷嘴杆强度问题．能　够有效的节约成本．提高了降温塔　系统的效率．应用市场前景广阔。　参考文献　嘴杆和降温塔塔体．如何实现缩短　喷嘴杆的长度以减轻喷嘴杆的自　一降温塔本身体积比较大。所以焊接　个支撑杆对整个系统并无大的　身重量　经过分析．发现可以通过　影响．成本也不高　方案６：改变喷嘴杆位于降温　塔中的位置．这个对于已有的降温　塔要进行比较大的改动．成本比较　改变喷嘴杆在降温塔中的位置来　实现缩短喷嘴杆的长度并且能够　１　曹福全．创新思维与方法概论［Ｍ］．哈　尔滨：黑龙江教育出版社，２００９　伸到降温塔靠近中间的位置．从而　解决这一矛盾　２檀润华．ＴＲＩＺ及应用［Ｍ］．北京：高等　教育出版社．２０１０　高：在新建的降温冷却塔中比较适　合应用．且无需增加任何成本。能　矛盾．并应用Ｔｒｉｚ工　具——矛盾矩阵表　利用系统的空间资源．将喷嘴　（上接第１４１页）　（责任编辑有效防止混漏油。　刘亭亭）　需要指出的是．翻转工作台的　列出推荐的创新原　理：运用这些创新原　两对技术矛盾所推荐的创新原理　并非全部应用在该设计方案中．进　一理．本文给出了一种　翻转工作台的最优　步的研究是提出新的矛盾进行　进一步的改进　参考文献　设计方案　该种方案　设计出的工作台具　有益效果如下　工作台锥齿轮　１　植润华．发明问题解决理论『Ｍ］．北京：　中国石化出版社．２０１０　２张卫国，张国全．何海，等．运用ＴＲＩＺ　理解解决复杂机电产品的创新设计问　传动部分作为一个　整体．可单独生产并　独立装配．在总装环　题［Ｊ］．机械设计与研究，２００５（３）　３杨明．基于ＴＲＩＺ的可拆卸联接结构设　节再连接到工作台　底座上形成一个总　计研究［Ｄ］．合肥：合肥工业大学，２０１０　４　ＨＡＲＪＵＬＡＡＴ，ＲＡＰＯＺＡＡＢ，ＫＮＩＧＨＴ—　ＷＡ，ｅｔａ１．Ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｄｉｓａｓｓｅｍｂｌｙ　ａｎｄ　成，便于生产运作．　图３设计后的工作台结构图　提高了装配的便利　性．将电机及输入端改到工作台底　座的一侧避免了与主机的连接．可　ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ『Ｊ］．ＣＩＲＰ　Ａｎｎａｌｓ—　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９６　翻转型工作台创新设计中．运用　Ｔｒｉｚ理论．指出设计工作台的技术　１４４科技创业月刊２０１６年第２４期　（责任编辑亢婷婷）