求一种基于TRIZ理论的操控台模块锁紧机构设计方案

引言

TRIZ是俄文Teoriya Resheniya Izobreatatel-skikh Zadatch的缩写，意思是发明问题解决理论，翻译成英文是Theory of Inventive Problem Solving[1-3]，汉语译作“萃智”。TRIZ是一种有助于科技创新活动的方法论[4-5]，它被认为是目前最全面系统地论述发明创造、实现技术创新的新理论，运用这一理论可以大大加快人们创造发明的进程，进而得到高质量的创新产品[6-7]。本文基于TRIZ理论对操控台模块锁紧机构设计方案进行了研究，找到了符合要求的方案，并进行了设计研制。

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问题背景和描述

1.1  问题的背景

目前，操控台模块一般通过正面松不脱螺钉固定，如图1所示，不能实现操控台模块的快速拆装。而操控台模块要求便捷拆装及美观，因此对台面模块快速拆装和外形美观的需求也越来越高，传统的通过松不脱螺钉安装的方式已渐渐不能满足客户需求。

为了可以实现操控台面模块的便捷拆装、外形美观，同时又可以省去工具的使用，满足不同情况下的使用需求，需要提供一种专用的小行程锁紧机构。

1.2  问题的描述

1.2.1  定义技术系统实现的功能

问题所在技术系统：松不脱螺钉固定。

该技术系统的功能：解锁或锁定操控台模块。

实现该功能的约束有：（1）同轴转入；（2）旋转动力；（3）旋转深度。

1.2.2  当前技术系统存在的问题

通过松不脱螺钉固定，不能实现操控台模块的快速拆装。松不脱螺钉示意图如图2所示。

1.2.3  问题或类似问题的现有解决方案及其缺点

类似解决方案：专利CN201821495698.9提供了一种新型按压式安全长锁，通过按压解锁按钮，使其脱离或紧扣固定底座，完成解锁或锁定，同时在固定锁组件上设置有限位装置，限位装置可以阻止解锁按钮的移动，避免儿童自行轻易将长锁打开，提高了安全性能。

缺点：无法通过按压方式实现解锁，操作上仍不能实现快速解锁或锁定。

1.2.4  新系统的要求

能实现快速解锁或锁定，成本低，操作简单。

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问题分析

2.1  功能分析及系统裁剪

对松不脱螺钉系统进行组建分析，如表1所示。

对松不脱螺钉系统进行组建相互作用分析，如表2所示。

建立功能模型及裁剪，如图3所示。

通过功能模型分析，确定了导致问题存在的功能因素：螺帽对操控台模块的功能不足。

2.2  因果链分析

针对当前系统存在的问题进行因果链分析，如图4所示。

这是普通的物场分析后的结果，如此是不可能实现快速锁定或解锁功能的，需要改变场合物质，引入场F2人力和物质锁定/解锁装置S3。

2.3  九屏幕法

绘制松不脱螺钉系统的九屏幕图，如图5所示，并根据九屏幕图的提示，寻找可能解决的方案。

2.4  最终理想解

绘制最终理想分解表，如表3所示。

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问题求解

3.1  技术矛盾

为了提高锁定或解锁速度，可以提高压锁装置的自动化程度。

如果提高装置的自动化程度，虽然可以提高锁定或解锁速度，但是会增加系统的复杂性。改善的参数为自动化程度，恶化的参数为系统的复杂性。由矛盾矩阵表查得发明原理如表4所示。

采用发明原理15（动态特性原理），使压锁装置可动，使其在锁定或解锁阶段达到最优状态。

3.2  物理矛盾

为了提高锁定或解锁速度，可以提高压锁装置的自动化程度。既希望锁定/解锁装置能够锁定，又希望能解锁。在操控台模块工作时压锁装置是锁定的，在操控台模块维修时锁定/解锁装置是解锁的。

故决定所设计的锁定/解锁装置采用解决物理矛盾中的时间分离原理，将压锁装置设计成一个锁定/解锁执行机构和一个控制机构，根据需要来控制状态。

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设计方案

根据TRIZ分析过程，选择动态特性原理及物理矛盾时间分离原理的方案进行设计，具体设计方案如下：利用弹簧与连杆相结合的方式设计小行程压锁机构，如图6所示，包括锁框架1、连杆2、按钮3、弹簧4、小轴5、锁舌6、后盖板7、上盖板8、下盖板9。连杆通过小轴分别安装在上盖和下盖上，安装后的上盖和下盖通过螺钉安装在锁框架上，锁舌通过滑槽安装到锁框架上；弹簧装到按钮圆槽内，按钮装到后盖槽内，而后安装到锁框架上。按钮、弹簧分别与锁舌有让位设计，需有适当间隙；按钮与连杆有配合关系，需有适当间隙。

具体实施方式：当按压按钮3时，按钮驱动连杆2绕小轴5运动，此时弹簧4压缩，连杆带动锁舌6缩回，操控台面上的模块脱离锁舌固定后弹出；当松开按钮3时，弹簧4拉伸，驱动锁舌6伸出，通过锁舌固定操控台面上的模块。仿真示意图如图7所示。

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结语

本文对舰船显控台显示器系统存在的显示器不能快速正面拆装维修、显示器不能多角度调节问题进行了描述，利用系统功能模型分析及裁剪、因果链分析、技术矛盾、物理矛盾、物场模型及标准解九屏幕法等多个工具进行分析，寻找设计思路，综合考虑成本、难易程度、可靠性以及武器装备作战环境因素等多个维度形成了概念方案，并进行了设计研制，满足了顾客需求。

审核编辑：刘清