基于TRIZ理論的改善銑齒機(jī)花鍵振動(dòng)和裝配方便性.doc

基于TRIZ理論的改善銑齒機(jī)花鍵振動(dòng)和裝配方便性 金紹兵 （宜昌長機(jī)科技有限責(zé)任公司湖北宜昌） 摘要：銑齒機(jī)是大型圓柱齒輪高效加工的一種主要設(shè)備，其刀架內(nèi)部經(jīng)多級齒輪減速增大扭矩，為獲得足夠強(qiáng)度，齒輪與軸采用花鍵傳動(dòng)。文章針對在花鍵連接中產(chǎn)生的問題，運(yùn)用理論中的系統(tǒng)分析、資源分析、物場分析、矛盾矩陣和創(chuàng)新原理及知識庫等方法和理論，找到多種解決問題的方案，并將這些方案加以整合，得到一種能夠以用于實(shí)際的綜合性方案。 關(guān)鍵詞：銑齒機(jī)；齒輪；花鍵副；間隙；刀架； ：TG156：51050 ：50316 銑齒是大型圓柱齒輪高效加工的一種重要工藝，花鍵作為一種剛性傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，能夠傳遞非常大的扭矩，是銑齒機(jī)銑刀架內(nèi)最主要的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，為保證零件裝配過程的順利進(jìn)行，花鍵孔和花鍵軸之間必然會存在間隙，這些間隙經(jīng)多級傳動(dòng)后會逐漸增大，從而使得在加工零件過程中產(chǎn)生較大的噪音和振動(dòng)。產(chǎn)生的噪音不僅污染環(huán)境，而且還會對工人的身體健康造成較大的傷害，而振動(dòng)則會對零件的加工精度造成很大的影響，被加工齒面的光潔度較差，同時(shí)也會降低刀具的使用壽命，無形中就會提高企業(yè)的經(jīng)營成本。 因此，為了控制花鍵副的傳動(dòng)在左右，目前，采用的是花鍵孔和花鍵軸配磨的加工工藝，然而這種配磨工藝也會帶來一定的問題，比如：由于工人的操作水平不一樣，他們控制的間隙也會時(shí)大時(shí)小，非常不穩(wěn)定。而且這種配磨工藝效率也非常低，無形之中就提高了企業(yè)成本。還有一個(gè)問題，就是這些相互配磨的花鍵孔和軸之間缺乏互換性，如果其中某一個(gè)零件出現(xiàn)問題需要更換的時(shí)候就只能將這一組零件全部換掉，造成了比較大的浪費(fèi)。 為了減小振動(dòng)，將花鍵的間隙控制在一個(gè)比較小的范圍之內(nèi)，這樣給零件的裝配帶來了比較大的麻煩。因?yàn)殚g隙小，因此，花鍵孔與軸之間就要調(diào)整得非常準(zhǔn)，稍微有一點(diǎn)錯(cuò)位就難以組裝。而齒輪都比較重，內(nèi)部組裝的空間很小，手工操作起來非常困難，而行車又難以控制一些微小的移動(dòng)，因而調(diào)整這些花鍵孔和軸就比較困難，耗費(fèi)的時(shí)間和精力都很多。而且如果要重復(fù)性的拆裝，比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。 根據(jù)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)的技術(shù)難題，運(yùn)用理論中的方法和理論，找到一種最適合企業(yè)目前狀況的方案，從而解決傳動(dòng)過程中產(chǎn)生的問題。 1理論及解題流程 理論即發(fā)明問題解決理論，是前蘇聯(lián)發(fā)明家根里奇阿奇舒勒及其發(fā)明團(tuán)隊(duì)在研究大量專利的基礎(chǔ)上，經(jīng)過幾十年不懈努力創(chuàng)建的發(fā)明與創(chuàng)新方法。方法不是針對某一具體的機(jī)構(gòu)、機(jī)械或過程，而是建立思考問題、解決問題過程的科學(xué)化依據(jù)。經(jīng)過幾十多年的研究，已形成了一系列方法與工具，特別是提出了矛盾矩陣與創(chuàng)新原理、標(biāo)準(zhǔn)解、算法等。 運(yùn)用理論解決問題的一般流程如圖所示，具體步驟：要對一個(gè)具體問題仔細(xì)的分析并加以定義、明確；根據(jù)理論提供的方法，將需要解決的實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)類似的標(biāo)準(zhǔn)問題模型；針對不同的標(biāo)準(zhǔn)問題模型，應(yīng)用理論已總結(jié)、歸納出的標(biāo)準(zhǔn)解方法，找出對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)解決方案模型；將這些類似的標(biāo)準(zhǔn)解決方案模型應(yīng)用到具體實(shí)際的問題之中，演繹得到問題最終解決方案。 2理論解題 根據(jù)上述的解題流程，采用了如下的方法和順序，并最終得出解決方案。 2待解決的實(shí)際問題 機(jī)床在切削加工零件的過程中花鍵會產(chǎn)生較大的噪音和振動(dòng)，這些噪音不僅對操作工人的身體健康有危害，振動(dòng)也會對加工零件的精度帶來很大影響，同時(shí)也大大縮短了刀片的使用壽命。而且銑刀架內(nèi)的所有齒輪和花鍵中的配磨工藝效率非常低，而且這些花鍵孔和軸之間缺乏互換性。 2問題模型 引起2中一系列問題的原因主要有：齒輪太重，而花鍵副的間隙太??；側(cè)壁和箱體連在一起導(dǎo)致內(nèi)部空間不足；箱體強(qiáng)度和剛性不足，從而無法將箱體側(cè)壁從箱體中分離出來；刀架箱體是平躺著安裝的，無法進(jìn)行零件的豎直起落，使得零件的安裝調(diào)整不便。 轉(zhuǎn)化問題：如何減小齒輪的重量？如何控制花鍵副的間隙？如何增大箱體內(nèi)部空間？如何增加箱體的強(qiáng)度和剛性？從生成的轉(zhuǎn)化問題，明確了解題的思路方向。 2利用工具創(chuàng)新原理生成解決方案 解決問題就是針對問題模型利用中間工具找到解決方案模型，再把解決方案模型轉(zhuǎn)化為本領(lǐng)域問題解的過程。創(chuàng)新原理、標(biāo)準(zhǔn)解、進(jìn)化模式、物場模型、模型都是解決問題的工具，還有一個(gè)重要工具就是知識庫。本部分主要闡述利用創(chuàng)新原理得到解決方案。 技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的過程就是不斷解決其中存在矛盾的過程。創(chuàng)新問題的核心是矛盾的消解。不同時(shí)代，不同領(lǐng)域的不同問題往往重復(fù)采用相同的原理來解決。阿奇舒勒通過對大量專利的研究、分析、總結(jié)，提煉出了條創(chuàng)新原理，定義了個(gè)通用工程參數(shù)組成的近對技術(shù)矛盾和物理矛盾，以及解決這些技術(shù)矛盾常用的創(chuàng)新原理。限于篇幅，僅通過定義以下矛盾及查找創(chuàng)新原理得出解決方案。 （）針對轉(zhuǎn)化問題“如何控制花鍵的間隙”的問題。初步構(gòu)思：將花鍵連接改為較大過盈的光軸連接，裝配過程中對齒輪加熱，同時(shí)對軸冷卻，這樣裝配時(shí)就說間隙配合，待回到常溫后齒輪和軸就會漲緊。此方案改善了“操作流程的方便性”，但同時(shí)惡化了“可維修性”，即產(chǎn)生了技術(shù)矛盾。利用矛盾矩陣查找創(chuàng)新原理，得到方案。 利用等勢原理：由于花鍵齒輪和花鍵軸始終存在間隙，現(xiàn)不用花鍵連接機(jī)構(gòu)，直接用齒輪和軸過盈連接，帶來的問題是連接后力量太大，不好拆卸，現(xiàn)將齒輪內(nèi)孔上加工一圈油槽，并增加一個(gè)和油槽相通的油孔，同時(shí)將齒輪孔做成錐形，當(dāng)需要拆裝時(shí)，將高壓油連在油孔上，高壓油進(jìn)入油槽后漲大齒輪孔，從而方便齒輪的裝卸。 （）針對轉(zhuǎn)化問題“如何控制花鍵的間隙”的問題。初步構(gòu)思：當(dāng)在安裝調(diào)整傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部齒輪時(shí)，為了安裝調(diào)整方便，要求花鍵間隙盡量大。為了減小機(jī)床加工零件過程中的振動(dòng)，則要求花鍵間隙盡量小，甚至沒有。此方案改善了“花鍵間隙”，但同時(shí)惡化了“花鍵間隙”，即產(chǎn)生了物理矛盾。利用矛盾矩陣查找創(chuàng)新原理，得到方案。 利用嵌套原理，去掉軸和齒輪的花鍵，采用漲緊套連接，調(diào)好相位后再預(yù)緊漲緊套，使其變形，從而連接夾緊軸和齒輪。這樣去掉了花鍵結(jié)構(gòu)，從而消除了花鍵間隙，如圖所示。 最終解決方案 根據(jù)方案評價(jià)表可以得出：方案將齒輪的軸做成一個(gè)整體來代替花鍵結(jié)構(gòu)、齒輪和軸用脹緊套脹緊來代替花鍵結(jié)構(gòu)、將左右側(cè)壁從箱體中分離出來和改變齒輪的結(jié)構(gòu)來減小齒輪的重量方案評價(jià)綜合得分較高，在實(shí)際工程中應(yīng)用可能性比較大，具有很好的應(yīng)用實(shí)施價(jià)值。將上述分析得出的方案結(jié)合公司的實(shí)際情況，得出如圖所示的實(shí)際應(yīng)用方案： 該實(shí)際應(yīng)用方案綜合了項(xiàng)目中的部分生成方案，改變了鑄件箱體的材料，將箱體的左右側(cè)板從箱體中分離出來了，對齒輪也做了優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)盡量將齒輪和軸做成一個(gè)整體，大的傳動(dòng)齒輪就采用了脹套脹緊或者帶錐度的過盈連接。 3結(jié)論 宜昌長機(jī)科技有限責(zé)任公司銑齒機(jī)研發(fā)成功以來以來，花鍵傳動(dòng)效果一直沒達(dá)到期望值，在聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)過程中，引用了多種先進(jìn)方法的集成組合：創(chuàng)新方法（）培訓(xùn)先進(jìn)技術(shù)手段（）引入技術(shù)指導(dǎo)，取得了良好的效果。通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題、方案驗(yàn)