1、    基于triz理論推書機構的創新設計    田大烈摘要： 針對現有圖書生產過程中不可或缺的打包或裁剪工藝的推書機構的缺點，運用triz理論進行創新設計，設計出了新型的推書機構，并通過proe5.0建模，通過adams進行動力學仿真，可以提高圖書生產線的柔性制造程度，縮減設計周期。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.關鍵詞： 推書；triz理論；仿真；設計key words： pushing book；triz

3、theory；simulation；design：tp334.2 ：a ：1006-4311（2017）13-0111-030 引言設計人員在根據限定的設計任務條件，會初步選擇主要參數，對機構進行尺度綜合，在計算仿真出設計結果后，再根據主要設計指標對模擬結果進行驗證，若達不到設計要求，會再調整相關參數，進入一種從新設計計算循環，直到所有驗證結果符合設計任務條件，這需要設計者本身具有較高的專業知識和設計經驗，有時候可能進行多次反復驗算，設計效率會降低，設計周期較長。推書裝置功能就是將一定規格尺寸圖書，堆積成一定厚度、重量推動一定距離，送到輸送皮帶輪上，該過程必須確保一定高度堆積圖書不會被推散，即

4、要求在水平推書的過程盡量保持勻速運動。現在目前推書機構主要是利用凸輪-連桿組合機構1，讓它符合特定的推書規律，并利用壓力角優化產生良好的傳力性能。但是這些組合機構只能在前期設計規律下運動，不能根據實際生產節奏和任務實現柔性生產線要求。下面具體簡紹一種新型推書機構。1 triz理論簡介triz（發明問題解決理論）是前蘇聯發明家根里奇.阿奇舒勒帶領一大批科技工作者在研究了大量專利的基礎上提出的一套具有完整理論體系的創新方法。triz理論包含40個發明原理，39個工程參數及阿奇舒勒矛盾矩陣，物理矛盾和分離原理，技術系統的進化法則，最終理想解（ifr），物-場模型分析，發明問題標準算法（ariz）科學

5、知識原理庫，發明問題的76個標準解，沖突、技術進化和效應。2 基于triz理論創新22.1 研究目的現在目前推書機構主要是利用凸輪-連桿組合機構，讓它符合特定的推書規律，并利用壓力角優化產生良好的傳力性能。在前期設計的時候，需要根據推書板的運動規律，選擇凸輪的輪廓及凸輪壓力角、選擇從動件的運動規律。但是這些組合機構只能在前期設計規律下運動，不能根據實際生產節奏和任務實現柔性生產線要求。鑒于上述原因，我們基于triz理論設計一個能滿足實際生產節奏和任務實現柔性生產線且減少設計周期的推書機構。將會對柔性自動化生產線煩人研究具有一定的參考價值。2.2 基本思路及創新點如圖1及圖2所示目前的推書機構3

6、主要由驅動電機、槽形凸輪、擺桿、連桿、過載保護裝置、齒輪齒條機構、推書板組成。其中過載保護裝置是保證推書板在卡死或過載的極限情況下，停機確保安全。驅動電機帶動主軸轉動，槽形凸輪作等速圓周旋轉，進而讓一端固定的，帶由滾動軸承的擺桿左右搖擺，而齒輪齒條機構中，下面的齒條固定，連桿在擺桿的驅使下左右移動，進而迫使齒輪以連桿的一端為中心進行旋轉，推動了推書板下的齒條，使推書板在水平方向上左右移動，因為槽形凸輪的輪廓曲線不規則，所以推書板的移動速度因為機構的急回特性并不一樣。2.2.1 問題分析推書板實現根據推書距離和推書高度及重量確定需要在水平方向左右移動距離和結構強度。在工作的時候必須確保推書過程平

7、穩可靠，在不工作的時候必須具有急回特性，快速返回到初始狀態，減少非工作時間。因為推書機構只能在前后移動，所以水平移動導軌較長，推書的效率只能一個機構完成，并不能滿足實際生產節奏和任務實現柔性生產線，構成系統適應性、通用性與控制和測量的復雜性的技術矛盾。由矛盾矩陣表查出三個發明原理（見表1）。1號，分離法，即將整體切分，包含三方面的含義：將物體分成相互獨立的部分、將物體分成容易組裝進而拆卸的部分、增加物體的分割程度。我們采用發明原理1號不對稱原則中的第一條，將利用水平移動和垂直移動兩個獨立的運動來合成推書板的運動。2.2.2 結構創新設計推書板采用分離原理，將原本水平移動分解為水平方向移動與垂直

8、方向移動合成，利用機械系統替代法在垂直方向將四桿機構、帶輪、鏈輪等機械傳動省去，利用氣缸控制垂直方向的移動速度和高度。如圖4所示，該創新機構由：1-三相異步電機、2-普通v型帶、3-單輸入雙輸出蝸輪蝸桿減速器、4-曲柄、5-連桿1、6-鎖緊螺栓、7-連桿2、8-圓柱銷、9-螺旋齒輪軸、10-螺旋齒輪、11-垂直立柱、12-氣缸、13-氣缸安裝座、14-推書板導軌、15-推書板組成。該裝置主要由動力驅動機構、水平傳動機構、垂直傳動機構、協調控制結構及輔助機構。動力驅動裝置包括三相異步電機、提供一定壓力的氣源（空氣壓縮機）；水平傳動機構包括曲柄、連桿1、鎖緊螺栓、連桿2、圓柱銷、推書桿；垂直傳動機

9、構包括氣缸、氣缸安裝座、推書板導軌；輔助機構包括螺旋齒輪軸、螺旋齒輪；協調控制機構主要包括三位四通電磁換向閥、電氣控制裝置、檢測裝置等。該裝置事先要根據需要推書堆積的高度、推書距離、實際生產任務推書頻率調節三個參數：改變氣缸安裝座相對于垂直立柱的高度：通過活動扳手卡住螺旋齒輪軸頭上加工成的四面體并施加一定的力矩，螺旋齒輪作為主動輪將動力與運動傳遞給從動軸-螺旋齒輪軸，而該螺旋齒輪軸上端加工成螺桿，與氣缸安裝座中間的開口螺母配合，由于螺旋齒輪軸下端與垂直立柱低面相對固定，故將螺旋齒輪的回轉運動轉變為氣缸安裝座的直線升降運動，因為螺紋升角小于螺旋副的當量摩擦角，氣缸安裝座受到軸向力作用時候，無論這

10、個力多大，螺旋齒輪軸上的螺桿不會自行送退3，故在停止傳動的情況下，能夠實現精確可靠軸向定位。進而調節推書板相對于堆積書的高度。改變推書的距離：連桿1上加工有一定長度的環形開口槽，連桿2上加工有開口螺母，連桿1與連個通過移動副配合在一起，由鎖緊螺栓固定，這樣推書板的水平運動距離將會發生改變。改變推書頻率：交流調速系統的優越性能已使逆變器-三相異步電動機在工業中應用日益廣泛，采用變頻器可以調節電機輸出轉速，進而改變推書板在推書板導向座上水平移動的速度。在設計氣缸導桿的移動速度時，會有很多影響因素，比如：氣缸的缸徑、空氣壓縮機的供氣量、電磁閥的流量等，大多數影響因素被設計者所考慮，目前可以通過采用排

11、氣節流與節流閥靠近氣缸4，能有限地控制氣缸導桿移動速度，進而控制推書板導軌垂直方向上的上升與下降運動。3 推書機構adams動力學仿真6由于蝸輪蝸桿減速器雙輸出的運動相對稱，只是運動相錯180°，故取將在proe5.0中建模一邊另存為.x_t格式，導入adams2013中，在構件間添加約束：曲柄與連桿1、連桿2與推書板添加轉動副；連桿1與連桿2、氣缸導桿與氣缸、氣缸安裝座與垂直立柱添加固定副；推書板導軌與垂直立柱、推書板與推書板導軌添加移動副；垂直立柱、曲柄旋轉軸都與大地添加固定副。添加驅動、定義材料，讓執行元件推書板按照以下運動規律運動：推書板水平前進-推書板導軌垂直上升-推書板水

12、平推書-推書板導軌垂直下降-推書板水平回退到初始位置。設置曲柄旋轉周期為8s，步長設為50，可以得到如圖6、圖7、圖8所示仿真曲線：推書板位移曲線、速度曲線、加速度曲線。從圖6、圖7、圖8可看出，該新型推書裝置在推書過程中執行件-推書板的位移、速度與加速度變化情況，曲線均光滑，沒有出現較大的沖擊和突變，只是加速度存在柔性沖擊，說明該推書裝置的運動規律比較適合，滿足推書動作的設計要求，能夠實現推書動作的平穩性。4 結束語根據書本推書機構所存在的問題，采用triz理論不僅縮短了設計周期；而且增加了設計的產品的實用性，設計出了新型的推書機構。用proe創建三維圖形，用adams進行運動仿真，證明推送機構的運動規律符合設計要求，能夠實現推書動作的平穩性。參考文獻：1朱江.凸輪-連桿組合機構的優化設計j，機械，2002（29）：24-25.2馬力輝，檀潤華.發明問題解決理論解到領域解的轉化方法研究.計算機集成制造系統，2008，14（10）：18