基于TRIZ理论对汽车板簧支架的轻量化设计,该文是关于汽车类论文范文检索与板簧和汽车板簧支架和轻量化设计有关硕士毕业论文范文.
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摘 要：阐述了TRIZ理论的概念,其核心思想是对矛盾问题的完全解决,获得最终的理想解.介绍了40条创新原理和39个通用工程参数及矛盾矩阵,并介绍了利用TRIZ理论解决产品创新设计问题的流程.用此理论对某载货车的板簧后固定支架及板簧吊耳进行轻量化设计,以其实际问题抽象为工程技术参数,并确定了优化的参数与恶化的参数以及二者之间的矛盾,应用矛盾矩阵找到解决问题的发明原理.通过拓扑优化和材料的改变,获得了理想的结果,并用有限元法定量分析和最终理想解的四个重要特征来定性分析,说明优化结果的合理性.
关键词：TRIZ理论 矛盾矩阵 拓扑优化 支架 吊耳
Abstract The concept of TRIZ theory was expounded, which core theory was tocompletely solve the contradiction problem and achieve the finally ideal solution.The 40 innovation elements, 39 general engineering parameters and contradictionmatrix was introduced , and the process of solving the innovation and designproblem used the TRIZ theory. A truck suspension rear bracket and shackle waslightweight designed by the theory. Abstracted the engineering technique parameterrom the actual questions, obtained the optimized and the worsen parameters and theconfliction between the each other, and then, found the invent principle of theproblem solving by the used of the contradiction matrix. The optimized result wasreasonable to the ideal result, which was obtained by the topology optimization andthe material change, the quantitative analysis of FEA and the qualitative analysis ofthe four important characters of the final ideal result.
Key words TRIZ theory; c ontradiction matrix; t opology optimization;bracket;shackle
中图分类号：U469.2 03 ?献标识码：A ?章编号：1004-0226(2017)01-0084-04 1 前?随着国家对超载治理的日趋严格,汽车轻量化技术越来越受到人们的重视.本文以汽车板簧支架及吊耳为例,运用TRIZ理论进行分析,以其实际问题抽象为工程技术参数,确定优化的参数与恶化的参数以及二者之间的矛盾,应用矛盾矩阵找到解决问题的相关发明原理,提出对其轻量化化设计的思路.使用TRIZ理论,可通过对设计中遇到的问题进行抽象及模型化,引导设计人员应用现有的设计方法,快速得出相应的解决方案,节约了大量试验和探索的时间.
2 TRIZ理论简介
TRIZ是俄文“发明问题解决理论”单词的词头缩写,英文缩写为TIPS（theory of inventive problem solving) [1]. TRIZ理论总结出了解决技术冲突的40条发明原理（如表1）,和表示技术矛盾常用的39个通用工程参数（见表2）[2,3],通用工程参数是TRIZ理论通过抽象得出的描述矛盾的参数.40条发明原理和39个通用工程参数的序号与它们的名称一一对应,且是固定不变的.
在产品功能实现中,经常出现技术矛盾,所谓技术矛盾是指一作用同时导致有用及有害两种结果.经过多年的研究、分析、比较,阿奇舒勒发明了解决技术问题的矛盾矩阵（见表3）[2],该矩阵将40条发明原理和39个通用工程参数建立了对应关系,很好地解决了设计过程中选择发明原理的难题.
表3 TRIZ?盾矩阵表（部分）
应用TRIZ理论解决问题流程大致分为4步：
a. 对待解决的实际问题作详尽的分析并提取存在的技术矛盾；
b. 将该矛盾转化为TRIZ法中的通用问题模型；
c. 利用TRIZ理论矛盾矩阵等得到TRIZ法提供的通用形式的解；
d. 把TRIZ解具体化为针对该实际问题的具体解.
TRIZ理论解决问题的流程图如图1所示[6].
3 汽?板簧?架及吊?优化设计的?盾问题建立
某载货车前悬挂系统结构图如图2所示,其主要由车架总成、前钢板弹簧、前板簧前后支架、板簧吊耳、骑马螺栓、前减振器及减振器支架等组成.
其中,板簧的前、后支架分别铆接在车架上,该支架承受载荷和各种冲击力,为了保证其具有较强的承载和受冲击能力,往往将其结构设计得十分结实,过于保守,如图3所示.
为降低板簧质量,进行结构优化,以板簧的后固定支架（前固定支架也可）及板簧吊耳为例,对其在实际使用中的工况进行分析,将其涉及的相关参数按TRIZ理论的通用工程参数进行描述,并转换为技术矛盾,即确定受载荷及冲击时,哪些通用工程参数需要改善,同时哪些通用工程参数发生了恶化.对板簧的后固定支架及吊耳进行轻量化设计,主要是减小其质量和改变其形状结构.用TRIZ理论的通用工程参数描述,分两个方面：
a. “运动物体的质量”(No.1)改善,相应的其所受的“应力”(No.11)、“强度”(No.14)将会变得恶化；
b . 物体的“ 形状” ( N o . 1 2 ) 改善, 同样地其“ 应力”(No.11)、“强度”(No.14)将会发生恶化.
应用TRIZ矛盾矩阵表可以找到解决此技术矛盾的思路和方法,矛盾矩阵表如表4所示.
4 基于 TRIZ理论对?架及吊?优化设计
从TRIZ矛盾矩阵表查出“运动物体的质量”(No.1)改善,导致“应力和压力”(No.11)、“强度”(No.14)恶化的发明原理序号为：（10、36、37、40）和（28、27、10、40）；“形状” ( N o . 1 2 ) 改善, 导致“ 应力和压力” ( N o . 1 1 ) 、“ 强度”(No.14)恶化的发明原理序号为：（34、15、10、14）和（30、14、10、40）,将四组发明原理整理得：10、14、15、18、27、30、36、37、40共9个.对得到的9个发明原理的释义如表5所示.
根据板簧后固定支架及吊耳的使用工况及结构特点,对图3(a)、(b)的9个发明原理进行分析,其中(a)只有第“40”条发明原理能满足要求,改善物体的材料,可使用机械性能更好的材料；对于(b)有第“14”和“40”条发明原理满足要求,将前固定支架及吊耳外形进行曲面化等.综合发明原理的第“14”和“40”条,对其结构进行曲面化设计和改变其使用的材料,是有效可行的方案,其他发明原理不可用.
曲面化设计就是拓扑优化设计,以安装及配合等尺寸不变为约束条件,将支架和吊耳进行结构拓扑分析,结合有限元分析,经过多轮优化,去掉不必要部分,通过对其形状和结构的变化,最终得出比较理想的结构件,如图4所示.
优化前后的板簧后固定支架及吊耳质量如表6,可见降重效果良好.
笔者理解的复合材料包括：非金属组合、非金属和金属组合、金属中含有其他材料的合金材料等各类复合材料.原设计的支架及吊耳材料采用的是球墨铸铁QT450-10,笔者将其改为铸钢材料ZGD650-830,使支架及吊耳的机械性能得到较大提高,如表7所示.
为实现结构的制造可行性,对零部件的铸造工艺进行优化,由原结构的砂型铸造改为精密熔模铸造,在提高了零部件铸造精度、表面质量的同时,也减少了铸造余量,降低了机加工量,使零部件成本比原成本降低了20%左右.
5 优化后结果分析
为了验证优化后板簧后固定支架及吊耳是否满足承载能力和使用要求,对其进行了有限元分析,根据车辆的实际运行工况进行加载,对板簧后固定支架施加垂向载荷、纵向载荷以及侧向载荷的复合工况载荷,对吊耳施加垂向载荷和侧向载荷的复合工况载荷,载荷约束施加如图5所示.
由表8可知,经过有限元分析,优化后的板簧后固定支架及吊耳能够满足使用要求.
前面通过有限元法定量分析优化后的结构件是否满足设计要求,也可以定性地分析构件优化的合理性.在TRIZ理论中提出了“最终理想解(IFR)”的概念,在解决问题之初,首先抛开各种客观限制条件,通过理想化来定义问题的最终理想解（ideal final result,IFR）,以明确理想解所在的方向和位置,保证在问题解决过程中,沿着此目标前进并获得最终理想解.一般遵循两个步骤：a. 想象理想最终结果,b. 考虑如何得到理想最终结果.
最终理想解有4个重要特征[2]：
a. 保持了原系统的优点；
b. 消除了原系统的不足：
c. 没有使系统变得更复杂；
d. 没有引入新的缺陷等.
可以用最终理想解的4个特征作为评价标准,来判定板簧后固定支架及吊耳优化的合理性,优化后的板簧后固定支架及吊耳保持了其原有的功能,减轻了质量,消除了臃肿的结构,其结构没有变得复杂,与其他件装配和连接也没有改变.经过有限元分析,没有产生使其安全系数变得偏小等新的缺陷.由此可知,优化后的零件达到了“最终理想解”,是合理的.将优化后的板簧后固定支架及吊耳装车后,在试验场进行了大量的可靠性试验验证,试验结果表明,优化后的产品完全能够满足使用要求,现已大批量装车投入使用,并取得了很好的经济效益.
6 结语
以板簧后固定支架及吊耳作为分析对象,用TRIZ理论针对设计的轻量化问题能够快速准确地得出解决方案,即结构的曲面化和采用复合材料.通过拓扑结构分析和调整零件使用的材料,可以取得很好的轻量化效果.可见,利用TRIZ理论能够很好地解决工程中一些技术矛盾,为设计人员在产品设计或创新中提供了一种行之有效的思路和方法,能有效地辅助产品的创新设计.目前这种创新的方法在其他行业中已经有广泛的应用,在汽车产品设计开发中,也得到了推广和使用[4-5,7-8].
参考文献
[1] Alshuer. G. S. 40 Principles.TRIZkeys to technical innovation[M].Worcester, MA:Technicl innovation center, 2002.
[2] 赵敏,胡钰.创新的方法[M].北京:当代中国出版社,2008.
[3] 赵新军.技术创新理论(TRIZ)及应用[M].北京:化学工业出版社,2004.
[4] 杨一鸣,陆怀民,郭秀荣.TRIZ理论在汽车设计中的应用研究[J].机电产品开发与创新, 2011, 24(3):35-37.
[5] 岳志勇,文竹,文宗川.基于TRIZ的自卸车卸货稳定性研究[J].内蒙古工业大学学报, 2012, 31(1):63-67.
[6] 张简一,郭艳玲,杨树财等.基于T R I Z 理论的产品创新设计[J].机械设计,2009.26(2):35-38.
[7] 苗新强,任工昌,刘丹.基于TRIZ效应理论的机电产品创新设计研究[J].机械设计与制造,2010(7):254-255.
[8] 刘江南,刘秋平.基于冲突分析的工程车路面除雪装置创新研究[J].湖南大学学报(自然科学版),2011.38(6):33-37.
收稿?期：2016-10-28
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