TRIZ創新方法之全浮式半軸的優化設計

干慧

摘要：利用TRIZ創新方法，對全浮式半軸的材質、加工工藝、受力情況等各個方面進行分析，找到它發生故障的主要原因，并找到相對應的解決方案，提前做好預防，不斷完善全浮式半軸的性能，提高產品的安全性。

關鍵詞：TRIZ;創新;全浮式半軸;優化

0 ?引言

運用TRIZ創新方法分析半軸的故障，找到系統中存在的矛盾，有針對性的制定解決方案，可以有效的提升產品質量。

1 ?描述問題

1.1 問題初始情境描述：完整描述系統的工作原理

全浮式半軸的花鍵與差速器總成中的半軸齒輪花鍵配合，通過齒與齒的嚙合來傳遞力矩，全浮式半軸的法蘭盤與輪轂總成端面用螺栓固定，半軸齒輪帶動全浮式半軸轉動，全浮式半軸將主減速器總成輸出的力矩傳遞到輪邊，從而驅使輪胎轉動，驅動整車正常行駛。

1.2 系統當前存在的主要問題

這種型號的全浮式半軸常用在重卡上，但在使用過程中常發生斷裂的故障。

2 ?系統分析

全浮式半軸的一端是圓盤狀的凸緣，通過半軸螺栓與輪轂總成的端面配合連接，全浮式半軸的另一端是花鍵，它與差速器總成內的半軸齒輪花鍵嚙合，與橋殼總成不直接接觸。系統模型具體描述了系統中包含哪些組件，以及它們相互間的關系，并得出導致全浮式半軸斷裂可能的五個功能因素（見圖1）。

①全浮式半軸的強度不足。②潤滑油牌號選擇不合理或質量有問題。③螺栓的擰緊力矩不合理。④半軸齒輪與全浮式半軸的花鍵配合度低。⑤全浮式半軸與輪轂總成的同軸度不匹配。

3 ?因果分析

全浮式半軸因果分析因果分析一（見圖2）。

全浮式半軸因果分析因果分析二（見圖3）。

全浮式半軸因果分析因果分析三（見圖4）。

通過構建一系列的因果鏈，讓我們更加清晰的看到了全浮式半軸斷裂的根本原因，為解決故障找到入手點：

①全浮式半軸原材料不合格;②全浮式半軸熱處理不合理，有不穩定性;③機床、夾具、刀具等輔具精度不足;④工人培訓、經驗不足導致的操作失誤;⑤加油量不符合要求;⑥顆粒等雜質的影響;⑦螺栓力矩不合理或者不符合設計要求;⑧因經驗不足等因素導致的結構設計不合理;⑨超載、運輸環境惡劣。

4 ?矛盾分析-技術矛盾

結合系統分析和因果分析的結果，通過矛盾分析法找到解決方案：

技術矛盾1：根據因果分析，全浮式半軸硬度不足的原因之一是使用的原材料不合理。通過采用機械性能更好的原材料可以提高全浮式半軸的硬度，但顯然會增加成本。

改善的參數：強度;

惡化的參數：使用的方便性。

通過查找創新原理，選擇適用于本項目的40號原理：復合材料原理。

備選方案1：采用先進的材料制備技術，根據需要制造新型的全浮式半軸原材料。

技術矛盾2：根據因果分析，影響全浮式半軸硬度不足的其中一個因素是熱處理不合理，有不穩定性。通過購買先進熱處理設備可以改善熱處理程度，但顯然會增加成本。

改善的參數：強度;

惡化的參數：可制造性。

通過查找創新原理，選擇適用于本項目的10號原理：預先作用原理。

備選方案2：改進全浮式半軸的熱處理工藝。

技術矛盾3：根據因果分析，全浮式半軸精度不足的第一個原因是輔具精度不足。通過刀具刃磨、加工設備維護等方式可以改變加工精度，但顯然會導致成本增加。

改善的參數：制造的準確度;

惡化的參數：物質的浪費。

通過查找創新原理，選擇適用于本項目的24號原理：中介物原理。

備選方案3：委托第三方進行前處理，減少加工工序，從而降低對刀具等輔具的磨損，間接的提高全浮式半軸的質量。

技術矛盾4：根據因果分析，全浮式半軸精度不足的第二個原因是工人培訓、經驗不足導致的操作失誤。通過加強對操作工的培訓、提供大量的實訓機會來提高員工的熟練度，從而提高產品質量，但顯然會導致成本增加。

改善的參數：結構的穩定性;

惡化的參數：時間的浪費。

通過查找創新原理，選擇適用于本項目的28號原理：機械系統的置換原理。

備選方案4：通過引入先進的加工及裝配設備等，來提高產品結構的穩定性。

技術矛盾5：根據因果分析，全浮式半軸斷裂的其中一個原因是它的結構不合理。通過改變全浮式半軸的整體形狀結構來增加強度，從而提高產品質量，但會使得全浮式半軸的整體制造難度加大。

改善的參數：強度;

惡化的參數：可制造性差。

通過查找創新原理，選擇適用于本項目的3號原理：局部質量原理。

備選方案5：通過統計分析全浮式半軸的故障，找到其薄弱點，有針對性的對全浮式半軸局部進行加強。

5 ?結論

運用TRIZ理論，對全浮式半軸的故障原因進行了多方位，多角度的分析與研究，從而找到了提升全浮式半軸質量的五種解決方案（見表1），我們需要根據實際加工和使用情況來進行合理的選擇。

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