TRIZ创新方法之全浮式半轴的优化设计

干慧

摘要：利用TRIZ创新方法，对全浮式半轴的材质、加工工艺、受力情况等各个方面进行分析，找到它发生故障的主要原因，并找到相对应的解决方案，提前做好预防，不断完善全浮式半轴的性能，提高产品的安全性。

关键词：TRIZ;创新;全浮式半轴;优化

0  引言

运用TRIZ创新方法分析半轴的故障，找到系统中存在的矛盾，有针对性的制定解决方案，可以有效的提升产品质量。

1  描述问题

1.1 问题初始情境描述：完整描述系统的工作原理

全浮式半轴的花键与差速器总成中的半轴齿轮花键配合，通过齿与齿的啮合来传递力矩，全浮式半轴的法兰盘与轮毂总成端面用螺栓固定，半轴齿轮带动全浮式半轴转动，全浮式半轴将主减速器总成输出的力矩传递到轮边，从而驱使轮胎转动，驱动整车正常行驶。

1.2 系统当前存在的主要问题

这种型号的全浮式半轴常用在重卡上，但在使用过程中常发生断裂的故障。

2  系统分析

全浮式半轴的一端是圆盘状的凸缘，通过半轴螺栓与轮毂总成的端面配合连接，全浮式半轴的另一端是花键，它与差速器总成内的半轴齿轮花键啮合，与桥壳总成不直接接触。系统模型具体描述了系统中包含哪些组件，以及它们相互间的关系，并得出导致全浮式半轴断裂可能的五个功能因素（见图1）。

①全浮式半轴的强度不足。②润滑油牌号选择不合理或质量有问题。③螺栓的拧紧力矩不合理。④半轴齿轮与全浮式半轴的花键配合度低。⑤全浮式半轴与轮毂总成的同轴度不匹配。

3  因果分析

全浮式半轴因果分析因果分析一（见图2）。

全浮式半轴因果分析因果分析二（见图3）。

全浮式半轴因果分析因果分析三（见图4）。

通过构建一系列的因果链，让我们更加清晰的看到了全浮式半轴断裂的根本原因，为解决故障找到入手点：

①全浮式半轴原材料不合格;②全浮式半轴热处理不合理，有不稳定性;③机床、夹具、刀具等辅具精度不足;④工人培训、经验不足导致的操作失误;⑤加油量不符合要求;⑥颗粒等杂质的影响;⑦螺栓力矩不合理或者不符合设计要求;⑧因经验不足等因素导致的结构设计不合理;⑨超载、运输环境恶劣。

4  矛盾分析-技术矛盾

结合系统分析和因果分析的结果，通过矛盾分析法找到解决方案：

技术矛盾1：根据因果分析，全浮式半轴硬度不足的原因之一是使用的原材料不合理。通过采用机械性能更好的原材料可以提高全浮式半轴的硬度，但显然会增加成本。

改善的参数：强度;

恶化的参数：使用的方便性。

通过查找创新原理，选择适用于本项目的40号原理：复合材料原理。

备选方案1：采用先进的材料制备技术，根据需要制造新型的全浮式半轴原材料。

技术矛盾2：根据因果分析，影响全浮式半轴硬度不足的其中一個因素是热处理不合理，有不稳定性。通过购买先进热处理设备可以改善热处理程度，但显然会增加成本。

改善的参数：强度;

恶化的参数：可制造性。

通过查找创新原理，选择适用于本项目的10号原理：预先作用原理。

备选方案2：改进全浮式半轴的热处理工艺。

技术矛盾3：根据因果分析，全浮式半轴精度不足的第一个原因是辅具精度不足。通过刀具刃磨、加工设备维护等方式可以改变加工精度，但显然会导致成本增加。

改善的参数：制造的准确度;

恶化的参数：物质的浪费。

通过查找创新原理，选择适用于本项目的24号原理：中介物原理。

备选方案3：委托第三方进行前处理，减少加工工序，从而降低对刀具等辅具的磨损，间接的提高全浮式半轴的质量。

技术矛盾4：根据因果分析，全浮式半轴精度不足的第二个原因是工人培训、经验不足导致的操作失误。通过加强对操作工的培训、提供大量的实训机会来提高员工的熟练度，从而提高产品质量，但显然会导致成本增加。

改善的参数：结构的稳定性;

恶化的参数：时间的浪费。

通过查找创新原理，选择适用于本项目的28号原理：机械系统的置换原理。

备选方案4：通过引入先进的加工及装配设备等，来提高产品结构的稳定性。

技术矛盾5：根据因果分析，全浮式半轴断裂的其中一个原因是它的结构不合理。通过改变全浮式半轴的整体形状结构来增加强度，从而提高产品质量，但会使得全浮式半轴的整体制造难度加大。

改善的参数：强度;

恶化的参数：可制造性差。

通过查找创新原理，选择适用于本项目的3号原理：局部质量原理。

备选方案5：通过统计分析全浮式半轴的故障，找到其薄弱点，有针对性的对全浮式半轴局部进行加强。

5  结论

运用TRIZ理论，对全浮式半轴的故障原因进行了多方位，多角度的分析与研究，从而找到了提升全浮式半轴质量的五种解决方案（见表1），我们需要根据实际加工和使用情况来进行合理的选择。

参考文献：

[1]本书编委会.热处理手册[M].二版.机械工业出版社，1992.

[2]袁哲俊，王先逵主编.精密和超精密加工技术[M].机械工业出版社，2010.

[3]刘训涛，曹贺，陈国晶主编.TRIZ理论及应用[M].北京大学出版社，2011.

[4]潘承怡，姜金刚主编.TRIZ实战：机械创新设计方法及实例[M].化学工业出版社，2019.

[5]创新方法研究会，中国21世纪议程管理中心.创新方法教程（中级）[M].高等教育出版社，2012.