基于TRIZ的無齒輪永磁同步曳引機的改進設計

劉宏勛　霍孟顯

摘 要：該文針對河北豐維機械制造有限公司現有的無齒輪永磁同步曳引機存在的基座軸頸部位易產生鑄造缺陷，曳引機裝配工藝較復雜的問題，進行了改進設計。在改進設計過程中借助TRIZ工具，找到了幾種設計方案，綜合比較之后，確定了改進方案，設計和采用了新的結構，降低了基座鑄造缺陷率，提高了曳引機裝配工藝性。在實踐中驗證了TRIZ理論在產品改進設計中的指導作用。

關鍵詞：TRIZ 無齒輪永磁同步曳引機 改進設計

中圖分類號：TU85 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0093-02

Abstract：In this paper， do improved design of gearless permanent magnet synchronous traction machine which with problems such as the shaft neck of traction machine base is easy to produce casting defects， and assembly process of traction machine is more complex. In the process of improved design， with the help of TRIZ， found several design schemes. After a comprehensive comparison， determine the plan of improved design， design and adopt new structure， reduce the traction machine base casting defects and improve assembly manufacturability. The progress verifies the theory of TRIZ is useful to guide the improved design.

Key Words：TRIZ； Gearless Permanent Magnet Synchronous Traction Machine； Improved Design

電梯曳引機經歷了蝸輪蝸桿傳動、行星齒輪和斜齒輪傳動等技術的更新換代之后，20世紀90年代末出現的永磁同步曳引機以其體積小、損耗低、效率高等優點，在能源和環保意識日益受到重視的今天，得到迅速的發展和應用。

該公司投放市場的無齒輪永磁同步曳引機的基座鑄造有實心軸頸，以安裝制動輪，這種軸頸結構較厚，容易產生鑄造缺陷，鑄造成本高；制動輪通過滾動軸承裝配在軸頸上，曳引機裝配工藝較復雜。

該文在曳引機的改進設計中借用TRIZ工具，針對現有曳引機的問題，尋求解決方案，找到新的結構。

1 TRIZ理論

起源于蘇聯的發明問題解決理論（TRIZ：Theory of Inventive Problem Solving）對工業界的創新具有指導作用。作為一種方法學，TRIZ是由解決技術問題和實現創新開發的各種方法、算法組成的綜合理論體系。

在解決具體問題時，首先用該問題所處技術領域中的特定術語描述沖突得到特定工程問題。之后，再用標準參數描述該沖突。標準參數描述的是一般問題，并在沖突矩陣中選擇可用發明原理。一旦選定某一或某幾個原理以后，根據選定原理指明的思維方向思考特定的問題以獲得具體解，圖1給出了借用TRIZ求解技術沖突的過程。

2 無齒輪永磁同步曳引機的改進設計

無齒輪永磁同步曳引機主要分外轉子和內轉子兩種類型。內轉子主要應用于大載重，高轉速場合，該文改進對象是外轉子式無齒輪永磁同步曳引機，其由基座，定子，制動輪，曳引輪、制動機構及電源控制部件組成。其基本結構是：定子固定安裝在基座內，制動輪一端內側貼永磁鐵，另一端內側通過兩排深溝球軸承安裝在基座的軸頸上，并保證永磁鐵與定子線圈軸向位置相同，以在定子線圈通電時，產生電磁轉矩驅動制動輪轉動，曳引輪安裝在制動輪軸承部位的外側，以保證曳引輪承受的徑載荷完全以徑向力作用在軸承部位，不產生傾翻力矩，曳引輪外圈車制繩槽，以懸掛鋼絲繩，將曳引輪的轉動帶動電梯轎廂的升降實現曳引機的驅動功能。制動機構采用兩塊塊式制動器，安裝在基座兩側，當斷電或制動時抱緊制動輪安裝永磁鐵的外側部位。

2.1 無齒輪永磁同步曳引機的問題描述

現有無齒輪永磁同步曳引機存在的問題有：一是基座軸頸部位易產生鑄造缺陷；二是制動輪及其上部件安裝及拆卸困難。

2.2 無齒輪永磁同步曳引機的問題解決

2.2.1 確定一般問題

（1）基座軸頸部位易產生鑄造缺陷。

把基座作為一個系統研究，軸頸部位易有鑄造缺陷。故選擇惡化參數是13號結構的穩定性，改善參數是32號可制造性。問題描述為提高結構的穩定性，同時提高系統的制造工藝性。

（2）制動輪及其上部件安裝及拆卸困難。

制動輪及其上部件的安裝與拆卸過程是一個系統的操作過程。故選擇惡化參數是34號可維修性，改善參數是27號可靠性。問題描述為提高系統的可維修性，同時提高系統的可靠性。

2.2.2 獲得一般解

（1）基座軸頸部位易產生鑄造缺陷。

在沖突矩陣中查找32行13列得到推薦的發明原理編號是11、13和1。

11號是預先應急措施原則。

13號是相反原則。

1號是分割原則。

（2）制動輪及其上部件安裝及拆卸困難。

在沖突矩陣中查找27行34列得到推薦的發明原理編號是1和11。endprint

1號是分割原則。

11號是預先應急措施原則。

2.2.3 獲得工程解

借助發明原理啟發的思考方向，運用類比等方法獲得工程解。

（1）基座軸頸部位易產生鑄造缺陷。

方案一在分割原則啟示下，考慮將軸頸部位與基座分割為兩個部件分別鑄造。

方案二在預先應急措施原則啟示下，將軸頸鑄造成空腔結構較少壁厚。

（2）制動輪及其上部件安裝及拆卸困難。

方案一在分割原則的啟示下，將軸頸做成轉軸和曳引輪固定連接，通過軸承安裝到基座上。

方案二在預先應急措施原則的啟示下，將軸頸與基座的連接結構設計成過盈錐孔配合。

綜合分析各種方案，采用基座加定軸的結構，定軸采用內腔式高性能鑄件，鑄件壁較薄降低鑄造缺陷，具有較好鑄造工藝性。機座內孔加工為錐孔，無需鑄造軸頸，消除軸頸部位的鑄造缺陷，鑄造工藝性好；機座與定軸通過圓錐面以鍵連接，由端蓋軸向壓緊，通過內六角圓柱頭螺釘調整與機座的連接，定軸并其上裝配各部件拆卸和維修比較方便，成本較低。制動輪及其上部件通過雙排深溝球軸承裝配在定軸上。基座結構見圖2，定軸結構見圖3。

3 結語

無齒輪永磁同步曳引機已經成為電梯曳引機市場的主流，針對現有結構的不足，進行改進設計，在保證提高其可靠性的前提下，既減低了鑄造缺陷率又提高了裝配工藝性。達到降低產品成本、提高產品性能和市場競爭力的目的。同時此次改進設計再一次驗證了，運用TRIZ工具對于工業界的創新能夠克服傳統的思維慣性，提供多套解決問題的方案，對于工業界解決結構問題有很大指導作用。

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