基于TRIZ理論的折疊沙發(fā)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真

徐世福 楊靖宇 沈文浩

(寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，浙江 寧波 315000)

1 應(yīng)用背景及功能分析

折疊沙發(fā)按人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，折疊方便，椅床兩用，是戶外休閑的首選。現(xiàn)利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的理論對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和改進(jìn)，并實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔、快捷和實(shí)用。賈潔教授在按摩椅創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法研究中提到TRIZ理論的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[1]，刑金龍教授在科普展品創(chuàng)新研發(fā)中的應(yīng)用也使用了TRIZ理論分析[2]。本文借TRIZ理論分析，對(duì)市場(chǎng)上存在的折疊沙發(fā)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算與仿真模擬。

2 TRIZ 理論分析

TRIZ理論是根據(jù)系統(tǒng)性的創(chuàng)新來(lái)改善設(shè)計(jì)者思考過(guò)程的理論，通過(guò)信息系統(tǒng)演變規(guī)律解決系統(tǒng)問(wèn)題。其構(gòu)成，可以按邏輯順序概括為進(jìn)化法則通用工程參數(shù)、發(fā)明原理、矛盾解決矩陣、標(biāo)準(zhǔn)解、發(fā)明問(wèn)題解決算法以及工程知識(shí)效應(yīng)庫(kù)等要素如圖1所示。

圖1 TRIZ 理論發(fā)明

3 工作原理、關(guān)聯(lián)因素分析

參考平面八連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[3]，折疊沙發(fā)[4]可視為平面五桿機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)元機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 運(yùn)動(dòng)元結(jié)構(gòu)圖

以ABCDE五桿機(jī)構(gòu)代替折疊沙發(fā)，分析其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，BE為固定端，當(dāng)A點(diǎn)向右平移時(shí)，ABC會(huì)以B為中心順時(shí)針傾斜，CD則會(huì)向左平移，帶動(dòng)ED以D為中心，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。建立位移、旋轉(zhuǎn)角度、力矩方程。當(dāng)M1=M2時(shí)，將A點(diǎn)的力平移至C點(diǎn)，CD為二力桿，即D點(diǎn)的力與C點(diǎn)等大反向，當(dāng)X=max時(shí)，力矩平衡。由理論計(jì)算可知當(dāng)X處于一定范圍，B處與D處的值相等。

根據(jù)TRIZ 理論，調(diào)整導(dǎo)致技術(shù)矛盾的因素，并利用總結(jié)后的通用參數(shù)找出最有可能解，折疊沙發(fā)的技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)化成TRIZ的相關(guān)通用參數(shù)[5]。如下：改善參數(shù)為運(yùn)轉(zhuǎn)效率與有效作業(yè)(No.20)；惡化參數(shù)為：運(yùn)動(dòng)物體的重量(No.1)和裝置的復(fù)雜性(No.36)。由矛盾解決矩陣查得對(duì)應(yīng)發(fā)明原理號(hào)為 1、3、12、15 和 16、20、25、32。經(jīng)分析選取 1(分割原理)、3(局部性質(zhì)原理)、12(等勢(shì)原理)。由此對(duì)傳統(tǒng)座椅進(jìn)行改進(jìn)，可發(fā)現(xiàn)改變AC、CD比例關(guān)系以及D、B點(diǎn)所處位置，使其工作反饋效率更加突出，結(jié)構(gòu)靈敏度增強(qiáng)，有效作業(yè)率上升，運(yùn)轉(zhuǎn)效率提高。

4 基于 ADAMS 的折疊沙發(fā)仿真

利用 UG 軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模后將模型數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入ADAMS，根據(jù)要求添加相關(guān)約束和運(yùn)動(dòng)。測(cè)量各個(gè)部位的角的參數(shù)變化情況，通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)：角位移變化曲線呈平行狀，角速度變化曲線呈聚攏狀；角加速度變化曲線呈擴(kuò)散狀態(tài)。可以看出，各關(guān)節(jié)的角位移、角加速度趨于平穩(wěn)，再次驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合對(duì)實(shí)際產(chǎn)品的應(yīng)用對(duì)象，將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)轉(zhuǎn)換為T(mén)RIZ問(wèn)題，用TRIZ工具求出解，并將解轉(zhuǎn)為實(shí)際解決方案。利用 TRIZ 理論解決工程實(shí)際問(wèn)題速度快、質(zhì)量高，建立滿足既定功能的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式，并考慮自身結(jié)構(gòu)與功能存在的相關(guān)邏輯關(guān)系，以此決定產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最合理形態(tài)。這里基于 TRIZ 理論與Adams數(shù)據(jù)模擬，對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，也是對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與體驗(yàn)改善的一種新的參考。