Тольяттинский ГосударственныйУниверситет
Кафедра«Технология машиностроения»
Курсоваяработа по дисциплине
«Основытехнического творчества»
Студент:Константинова Е.Е.
Группа:ТМ-402
Преподаватель:Гордеев А.В.
Тольятти 2006
СодержаниеВведение
1. Описание объекта, выявлениенедостатков
2. Алгоритм выявления противоречий
3. Устранение недостатков с помощьюметодов:
3.1 разделения противоречий вовремени и в пространстве
3.2 достройки и надстройки веполя
3.3 эмпирических правил
4. Таблица усовершенствований
5. Описание усовершенствованного объектаЗаключение
Список используемой литературы
Введение
Каждая новая машина, каждаяновая технология начинается с новой идеи. Весь окружающий нас мир – этоизобретённый человеком мир, так как любой предмет нашей жизни, будь то пища,одежда, здания, книга, очки, стол, бумага, средства передвижения, связь,лекарства, появился и проявился под действием человека, как результат егоизобретательности. Всё, что создано человеком, когда-то не существовало ужепотому, что было неизвестно. Делать неизвестное известным – творческий процесс.
Дисциплина «Основытехнического творчества» развивает у студентов научный подход к решениюизобретательских задач, необходимый на современном этапе развития техники итехнологии и совершенствует процесс творчества.
В данной работе я будуусовершенствовать лобовой вариатор, с помощью, различных методов тех. творчества.
1. Лобовой Вариатор
Лобовойвариатор предназначен для бесступенчатого регулирования частоты вращения.
/>Лобовойвариатор (рис.1) содержит ведущий диск 1 закрепленный на подвижной опоре 2 вподшипниках 3, который может перемещаться вдоль оси 4 ^ оси вращения ведомого диска 5, совершаявращательное движение по поверхности контакта 6 и передавая крутящий моментведомому диску 7, установленному на неподвижной опоре 8, в подшипниках 9.
Рис.1
Ведущий и ведомый дискиизготовлены из стали типа ШХ15, а также стали типа 18ХГТ и 18Х2Н4МА. Опорывыполнены из стали.
При перемещении ведущего диска ближе кцентру передаточное отношение уменьшается, при удалении – увеличивается.
Для выявления недостатковпроводим обратный мозговой штурм.
На первой стадиимозгового штурма были выявлены следующие недостатки лобового вариатора:
1.Большое проскальзывание в передаче.
2. Быстрый износконтактирующих поверхностей
3. Ограничение помощности.
4. Высокая стоимость
5. Высокая металлоемкость
6.Трудоемкость изготовления
7. Использованиедорогостоящих материалов
8. Перегрев в процессеработы
9. Неустойчивостьвариатора к переменным нагрузкам
10. Низкая жесткость
11. Большая изгибающаянагрузка на вал.
12. Высокие нагрузки наподшипники
13. Большая сила инерции
14. Необходимоспециальное нажимное устройство для прижатия одного тела к другому
15.Невозможностьполучения абсолютно точных средних передаточных отношений.
На второй стадиимозгового штурма были выявлены главные недостатки лобового вариатора:
1. Большоепроскальзывание в передаче.
Т.к. передача фрикционная,коэффициент передачи напрямую зависит от силы трения между ведущим и ведомымдиском, если ила трения маленькая, то один диск проскальзывает по поверхностидругого.
2. Быстрый износконтактирующих поверхностей.
Т.к. передачафрикционная, то между ведущим и ведомым валом возникает сила трения, чтоприводит к износу обоих дисков.
3. Большая изгибающаянагрузка на валы. Из-за больших сил прижима ведомого диска к ведущему наведомом валу возникает значительная изгибающая нагрузка.
На третьем этапе попытаемсяустранить недостатки лобового вариатора с помощью различных методов и правил.
2. Алгоритм выявленияпротиворечий
1 этап. Выявление административногопротиворечия (АП).
1.1 Описаниетехнической системы (ТС).
Техническая системаописана в работе 1.
1.2.Выявление главногонедостатка (ГН).
Главный недостатоктехнической системы – большой износ контактирующих поверхностей.
1.3 Формулировкапроблемы (П).
Проблема- необходимоуменьшить износ.
1.4 Формулировка АП.
Административноепротиворечие:
а) большой износконтактирующих поверхностей
б) износ необходимоуменьшить
2 этап. Выявление технического противоречия.
2.1 Выявлениеконфликтующей пары (ОТ).Конфликтующая пара данной ТС – ведущийдиск (инструмент), ведомый диск (изделие).
2.2 Выявление полезногодействия (ПС).Полезное свойство ТС — высокий коэффициентпередачи. При решении технической задачи напрямую (например, при уменьшениисилы прижима) полезное свойство теряется.
2.3 Формулировкатехнического противоречия.
а) полезное свойство — высокий коэффициент передачи
б) главный недостаток — большой износ контактирующих поверхностей.
3 этап. Выявление физического противоречия.
3.1 Выбор изменяемогообъекта.
Вкачестве изменяемого объекта примем ведущий диск, т.к. его легче изменить.
3.2 Формулировка идеальногоконечного результата (ИКР).
Ведущийдиск сам устраняет изнашивание. При этом высокий коэффициент передачисохраняется.
3.3 Выявлениедефектного элемента (ДЭ).
Дефектным элементомявляется поверхность контакта ведущего диска с ведомым.
3.4 Формулировкапротиворечивых физических состояний.
а) для устранениябольшого износа контактирующих поверхностей сила трения на поверхности должнабыть малой.
б) для обеспеченьявысокого коэффициента передачи сила трения на поверхности контакта должна бытьвысокой.
3.5 Формулировкафизического противоречия.
а)сила трения на поверхности контакта должна быть малой и высокой.
б) сила трения должнабыть и не должна быть.
3.Устранениевыявленных недостатков
3.1 Метод разделения противоречий вовремени и в пространстве
а) Недостаток ТС:Большое проскальзывание в передаче.
Анализ причин: Т.к. передача фрикционная,коэффициент передачи напрямую зависит от силы трения между ведущим и ведомымдиском, если ила трения маленькая, то один диск проскальзывает по поверхности другого.
Техническоепротиворечие: а)полезное свойство: низкий износ контактирующих поверхностей. б) недостаток:низкий коэффициент передачи;
Физическоепротиворечие:контактирующие поверхности должны прижиматься и не должны.
Метод устранениянедостатка: РПВ 1:«оптимизация»- разделение действия так, чтобы в каждый момент ОТ находился воптимальных условиях.
Предложение: осуществить прижим фрикционовпропорционально тангенциальному усилию в их контакте.
Технический эффект: При увеличение момента на ведущемдиске, за счет специальной муфты 9 ведущий диск сильнее прижимается к ведомомудиску, в следствие чего увеличивается коэффициент передачи.
/>
б) Недостаток ТС:большая изгибающая нагрузка на валы.
Анализ причин: из-за больших сил прижима ведомогодиска к ведущему на ведомом валу возникает значительная изгибающая нагрузка.
Техническоепротиворечие: а)полезное св-во: большой диапазон частот регулирования; б) недостаток:возникающая за счет этого значительные изгибные силы.
Физическоепротиворечие: силаприжима ведущего диска к ведомому должна быть большой и малой.
Метод устранениянедостатка: РПП 3:«оптимизация» — разделение ОТ на части так, чтобы каждая часть находилась воптимальных условиях.
Предложение: ввести прижимные ролики.
Технический эффект: При вращении вала 3 через ролик 2вращение передается на диски 4 и 5. Для уменьшения изгибающего момента, действующегона валы в местах их крепления, валы 3, 6 и 7 выполнены упругими. Изменениепередаточного отношения осуществляется перемещением роликов 2, 8 и 9 вместе свалами 3, 6 и 7 относительно радиуса дисков4 и 5. 1 ил.
/>
3.2 Метод достройки инадстройки веполя
а) Недостаток ТС:быстрый износ контактирующих поверхностей.
Анализ причин: Т.к. передача фрикционная, то междуведущим и ведомым валом возникает сила трения, что приводит к износу обоихдисков.
Техническоепротиворечие: а)полезное свойство: высокий коэффициент передачи; б) недостаток: большой износконтактирующих поверхностей.
Физическоепротиворечие: силатрения на поверхности контакта должна быть малой и высокой.
Метод устранениянедостатка: ВАН 2:«третье вещество» — если между двумя веществами в веполе возникают сопряжённые– полезное и вредное – действия, то для устранения вредного взаимодействиямежду веществами вводят третье вещество.П(СОЖ) П
/>В1(ведущий диск ) /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
/>В2 (ведомый диск)
/>В1(ведущий диск)
В2 (ведомый диск)
/>
В3(ферромагнитная жидкость)
Предложение: С помощью, катушки создать магнитноеполе и подавать ферромагнитную жидкость в зону контакта, между ведущим иведомым диском.
Технический эффект: за счет введения в зону контактаферромагнитной жидкости износу подвергается сама жидкость, а не ведущий иведомый диски.
б) Недостаток ТС:перегрев в процессе работы
Анализ причин: при работе возникает большие силытрения, которые обуславливают повышение температуры в зоне контакта. Они могутпривести к выходу вариатора из строя.
Техническое противоречие: а) полезное свойство: большая силатрения; б) недостаток: большой перегрев в процессе работы.
Физическоепротиворечие:охлаждение зоны контакта должно быть и не должно быть.
Метод устранениянедостатка: правилодостройки и надстройки веполя: ВАД 3- «Максимальный режим»: если нужнообеспечить максимальный режим действия на вещество, а это недопустимо, томаксимальное действие направляют на другое вещество, связанное с первым:
Псож
/>Пmax /> /> /> /> /> /> /> /> />
В1(фрикциоyная пов-ть диска)
/>В1(фрикц. пов-ть диска)
В2(не фрикционная пов-ть диска)
/>
Предложение: подавать СОЖ на не фрикционнуюповерхность ведомого диска.
Технический эффект: Производится охлаждение передачи,при этом сила трения не изменяется.
3.3 Применениеэмпирических правил
а) Недостаток ТС:высокие нагрузки на подшипники.
Анализ причин: в процессе работы устройствопередает большие крутящие моменты, из-за этого подшипники испытываютзначительную нагрузку.
Техническоепротиворечие: а)полезное св-во: значительная передаваемая мощность; б) недостаток: износподшипников.
Физическоепротиворечие: силапережима ведущего диска к ведомому диску должна быть большая и малая.
Метод устранениянедостатка: ЭПУ 1«Упругий элемент»: использовать упругие свойства элемента, заменить жесткийэлемент упругим, ввести дополнительно упругий элемент.
Предложение: Использовать вместо твердоговедомого диска гибкий и упругий.
Технический эффект:
/>Привращении ведущего ролика 1 за счет сил трения приводится во вращение гибкийдиск 2 и увлекает за собой ведомый ролик 3. Необходимое усилие нажатия обеспечиваетсяпружинами 6 и 7 через поджимные ролики 4 и 5. Регулировка скорости вращенияведомого ролика 3 происходит при перемещении оси промежуточного диска 2вверх-вниз (по черт.).
б) Недостаток ТС:большая сила инерции.
Анализ причин: ведомый диск имеет большиедиаметральные размеры, вследствие этого имеет большую массу, вызывающую большуюсилу инерции.
Техническоепротиворечие: а)полезное св-во: большой диапазон регулирования частот; б) недостаток: большаясила инерции.
Физическоепротиворечие:диаметр ведомого круга должен быть большим и малым.
Метод устранениянедостатка: ЭВП 1«Использование»: использовать вредный фактор для получения положительногоэффекта.
Предложение: использовать ведомый диск в качествебарабанного тормоза.
Технический эффект: при необходимости быстрой остановкилента тормоза плотно охватит ведомый диск и остановит его вращение.
4. Таблицаусовершенствований
Параметр
По базовому варианту
Метод, правило, приём
По проектному варианту
Результат Сила прижима Постоянная, большая РПВ 1, «оптимизация» Изменяющаяся в зависимости от передающего момента При увеличение момента на ведущем диске, за счет специальной муфты ведущий диск сильнее прижимается к ведомому диску, в следствие чего увеличивается коэффициент передачи. Кол-во ведущих валов один РПП 3, «оптимизация» Два: один ведущий, другой — поддерживающий
При вращении вала через ролик вращение передается на диски. Для уменьшения изгибающего момента, действующего на валы в местах их крепления, валы выполнены упругими. Изменение передаточного отношения осуществляется перемещением роликов вместе с валами относительно радиуса дисков. Зона контакта ведомого и ведущего диска Круги непосредственно контактируют ВАН 2 «Третье вещество» Ведущий и ведомый диски контактируют через ферромагнитную жидкость за счет введения в зону контакта ферромагнитной жидкости износу подвергается сама жидкость, а не ведущий и ведомый диски. охлаждение отсутствует ВАД 3, «максимальный режим» Осуществляется охлаждение не фрикционной стороны ведомого диска Производится охлаждение передачи, при этом сила трения не изменяется. Ведомый диск Стальной, жесткий, постоянное сечение ЭПУ 1 «упругий элемент» Гибкий и упругий, переменное сечение При вращении ведущего ролика за счет сил трения приводится во вращение гибкий диск и увлекает за собой ведомый ролик. Необходимое усилие нажатия обеспечивается пружинами через поджимные ролики. Регулировка скорости вращения ведомого ролика происходит при перемещении оси промежуточного диска вверх-вниз (по черт.). Периферия ведомого круга Не используется ЭВП 1 «Использование» Используется в качестве барабанного тормоза при необходимости быстрой остановки лента тормоза плотно охватит ведомый диск и остановит его вращение.
5. Описаниеусовершенствованного объекта
/>
рис.2
Лобовой вариатор (рис.2)содержит ведущий диск 1 закрепленный на подвижной опоре 2 в подшипниках 3,который может перемещаться вдоль оси 4 ^ оси вращения ведомого диска 5, совершая вращательноедвижение по поверхности контакта 6 и передавая крутящий момент ведомому диску7, установленному на неподвижной опоре 8, в подшипниках 9. С помощью трубки 10в зону контакта подается ферромагнитная жидкость, а катушка 11 создаетмагнитное поле. Для предотвращения нагрузки на валы предусмотрен прижимнойролик 12. Торможение диска осуществляется с помощью натяжной ленты тормоза 13.
Ведущий и ведомый дискиизготовлены из стали типа ШХ15, а также стали типа 18ХГТ и 18Х2Н4МА. Опоры выполненыиз стали.
При перемещении ведущего диска ближе кцентру передаточное отношение уменьшается, при удалении – увеличивается.
ЗаключениеВ результате проделанной работы мы познакомились напрактике с основными методами технического творчества, применили их к объектутехники – клиновому соединению и в результате получили несколько техническихрешений, устраняющих определённые недостатки исходного объекта. На основанииполученных знаний и навыков стало возможным применять методы техническоготворчества во всех сферах техники и технологии, совершенствовать объекты ипроцессы проектирования и производства.
Список используемой литературы
1. Альтшуллер Г.С. Итут появился изобретатель. – М.: Детская литература, 1987.
2. Половинкин А.И.Основы технического творчества. – М.: Машиностроение, 1988.
3. Саламатов Ю.П.Как стать изобретателем. – М.: Просвещение, 1990.