基于TRIZ理论推书机构的创新设计

1、    基于triz理论推书机构的创新设计    田大烈摘要： 针对现有图书生产过程中不可或缺的打包或裁剪工艺的推书机构的缺点，运用triz理论进行创新设计，设计出了新型的推书机构，并通过proe5.0建模，通过adams进行动力学仿真，可以提高图书生产线的柔性制造程度，缩减设计周期。abstract： according to the book pushing mechanism drawbacks of indispensable packaging or cutting process in the production， using triz t

2、heory to take the innovation design， a new book pushing mechanism has been designed. through proe5.0 for modeling， adams for dynamic simulation， it can improve the flexible manufacturing degree of book production line， and can reduce the design cycle.关键词： 推书；triz理论；仿真；设计key words： pushing book；triz

3、theory；simulation；design：tp334.2 ：a ：1006-4311（2017）13-0111-030 引言设计人员在根据限定的设计任务条件，会初步选择主要参数，对机构进行尺度综合，在计算仿真出设计结果后，再根据主要设计指标对模拟结果进行验证，若达不到设计要求，会再调整相关参数，进入一种从新设计计算循环，直到所有验证结果符合设计任务条件，这需要设计者本身具有较高的专业知识和设计经验，有时候可能进行多次反复验算，设计效率会降低，设计周期较长。推书装置功能就是将一定规格尺寸图书，堆积成一定厚度、重量推动一定距离，送到输送皮带轮上，该过程必须确保一定高度堆积图书不会被推散，即

4、要求在水平推书的过程尽量保持匀速运动。现在目前推书机构主要是利用凸轮-连杆组合机构1，让它符合特定的推书规律，并利用压力角优化产生良好的传力性能。但是这些组合机构只能在前期设计规律下运动，不能根据实际生产节奏和任务实现柔性生产线要求。下面具体简绍一种新型推书机构。1 triz理论简介triz（发明问题解决理论）是前苏联发明家根里奇.阿奇舒勒带领一大批科技工作者在研究了大量专利的基础上提出的一套具有完整理论体系的创新方法。triz理论包含40个发明原理，39个工程参数及阿奇舒勒矛盾矩阵，物理矛盾和分离原理，技术系统的进化法则，最终理想解（ifr），物-场模型分析，发明问题标准算法（ariz）科学

5、知识原理库，发明问题的76个标准解，冲突、技术进化和效应。2 基于triz理论创新22.1 研究目的现在目前推书机构主要是利用凸轮-连杆组合机构，让它符合特定的推书规律，并利用压力角优化产生良好的传力性能。在前期设计的时候，需要根据推书板的运动规律，选择凸轮的轮廓及凸轮压力角、选择从动件的运动规律。但是这些组合机构只能在前期设计规律下運动，不能根据实际生产节奏和任务实现柔性生产线要求。鉴于上述原因，我们基于triz理论设计一个能满足实际生产节奏和任务实现柔性生产线且减少设计周期的推书机构。将会对柔性自动化生产线烦人研究具有一定的参考价值。2.2 基本思路及创新点如图1及图2所示目前的推书机构3

6、主要由驱动电机、槽形凸轮、摆杆、连杆、过载保护装置、齿轮齿条机构、推书板组成。其中过载保护装置是保证推书板在卡死或过载的极限情况下，停机确保安全。驱动电机带动主轴转动，槽形凸轮作等速圆周旋转，进而让一端固定的，带由滚动轴承的摆杆左右摇摆，而齿轮齿条机构中，下面的齿条固定，连杆在摆杆的驱使下左右移动，进而迫使齿轮以连杆的一端为中心进行旋转，推动了推书板下的齿条，使推书板在水平方向上左右移动，因为槽形凸轮的轮廓曲线不规则，所以推书板的移动速度因为机构的急回特性并不一样。2.2.1 问题分析推书板实现根据推书距离和推书高度及重量确定需要在水平方向左右移动距离和结构强度。在工作的时候必须确保推书过程平

7、稳可靠，在不工作的时候必须具有急回特性，快速返回到初始状态，减少非工作时间。因为推书机构只能在前后移动，所以水平移动导轨较长，推书的效率只能一个机构完成，并不能满足实际生产节奏和任务实现柔性生产线，构成系统适应性、通用性与控制和测量的复杂性的技术矛盾。由矛盾矩阵表查出三个发明原理（见表1）。1号，分离法，即将整体切分，包含三方面的含义：将物体分成相互独立的部分、将物体分成容易组装进而拆卸的部分、增加物体的分割程度。我们采用发明原理1号不对称原则中的第一条，将利用水平移动和垂直移动两个独立的运动来合成推书板的运动。2.2.2 结构创新设计推书板采用分离原理，将原本水平移动分解为水平方向移动与垂直

8、方向移动合成，利用机械系统替代法在垂直方向将四杆机构、带轮、链轮等机械传动省去，利用气缸控制垂直方向的移动速度和高度。如图4所示，该创新机构由：1-三相异步电机、2-普通v型带、3-单输入双输出蜗轮蜗杆减速器、4-曲柄、5-连杆1、6-锁紧螺栓、7-连杆2、8-圆柱销、9-螺旋齿轮轴、10-螺旋齿轮、11-垂直立柱、12-气缸、13-气缸安装座、14-推书板导轨、15-推书板组成。该装置主要由动力驱动机构、水平传动机构、垂直传动机构、协调控制结构及辅助机构。动力驱动装置包括三相异步电机、提供一定压力的气源（空气压缩机）；水平传动机构包括曲柄、连杆1、锁紧螺栓、连杆2、圆柱销、推书杆；垂直传动机

9、构包括气缸、气缸安装座、推书板导轨；辅助机构包括螺旋齿轮轴、螺旋齿轮；协调控制机构主要包括三位四通电磁换向阀、电气控制装置、检测装置等。该装置事先要根据需要推书堆积的高度、推书距离、实际生产任务推书频率调节三个参数：改变气缸安装座相对于垂直立柱的高度：通过活动扳手卡住螺旋齿轮轴头上加工成的四面体并施加一定的力矩，螺旋齿轮作为主动轮将动力与运动传递给从动轴-螺旋齿轮轴，而该螺旋齿轮轴上端加工成螺杆，与气缸安装座中间的开口螺母配合，由于螺旋齿轮轴下端与垂直立柱低面相对固定，故将螺旋齿轮的回转运动转变为气缸安装座的直线升降运动，因为螺纹升角小于螺旋副的当量摩擦角，气缸安装座受到轴向力作用时候，无论这

10、个力多大，螺旋齿轮轴上的螺杆不会自行送退3，故在停止传动的情况下，能够实现精确可靠轴向定位。进而调节推书板相对于堆积书的高度。改变推书的距离：连杆1上加工有一定长度的环形开口槽，连杆2上加工有開口螺母，连杆1与连个通过移动副配合在一起，由锁紧螺栓固定，这样推书板的水平运动距离将会发生改变。改变推书频率：交流调速系统的优越性能已使逆变器-三相异步电动机在工业中应用日益广泛，采用变频器可以调节电机输出转速，进而改变推书板在推书板导向座上水平移动的速度。在设计气缸导杆的移动速度时，会有很多影响因素，比如：气缸的缸径、空气压缩机的供气量、电磁阀的流量等，大多数影响因素被设计者所考虑，目前可以通过采用排

11、气节流与节流阀靠近气缸4，能有限地控制气缸导杆移动速度，进而控制推书板导轨垂直方向上的上升与下降运动。3 推书机构adams动力学仿真6由于蜗轮蜗杆减速器双输出的运动相对称，只是运动相错180°，故取将在proe5.0中建模一边另存为.x_t格式，导入adams2013中，在构件间添加约束：曲柄与连杆1、连杆2与推书板添加转动副；连杆1与连杆2、气缸导杆与气缸、气缸安装座与垂直立柱添加固定副；推书板导轨与垂直立柱、推书板与推书板导轨添加移动副；垂直立柱、曲柄旋转轴都与大地添加固定副。添加驱动、定义材料，让执行元件推书板按照以下运动规律运动：推书板水平前进-推书板导轨垂直上升-推书板水

12、平推书-推书板导轨垂直下降-推书板水平回退到初始位置。设置曲柄旋转周期为8s，步长设为50，可以得到如图6、图7、图8所示仿真曲线：推书板位移曲线、速度曲线、加速度曲线。从图6、图7、图8可看出，该新型推书装置在推书过程中执行件-推书板的位移、速度与加速度变化情况，曲线均光滑，没有出现较大的冲击和突变，只是加速度存在柔性冲击，说明该推书装置的运动规律比较适合，满足推书动作的设计要求，能够实现推书动作的平稳性。4 结束语根据书本推书机构所存在的问题，采用triz理论不仅缩短了设计周期；而且增加了设计的产品的实用性，设计出了新型的推书机构。用proe创建三维图形，用adams进行运动仿真，证明推送机构的运动规律符合设计要求，能够实现推书动作的平稳性。参考文献：1朱江.凸轮-连杆组合机构的优化设计j，机械，2002（29）：24-25.2马力辉，檀润华.发明问题解决理论解到领域解的转化方法研究.计算机集成制造系统，2008，14（10）：18