现代设计方法大作业

现代设计方法大作业基于汽车噪声的TRIZ分析学专号：S4业：机械工程学生姓名：***任课教师：***教授2015年1月基于汽车噪声的TRIZ分析一对技术系统进行初步分析1.选择系统。我所选择的系统是汽车。2.系统的三维图，如图1所示。图1顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程内完成一个工作循环。汽油机简图及其具体运动过程如图2所示。图2（1）进气行程入气缸。进气行程中，进气门打开，排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移缸内造成真空吸力。这样，可燃混合气便经进气管道和进气门被吸入气缸。（2）压缩行程发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升高，即需要有压缩过程。在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程称为压缩行程。（3）作功行程在这个行程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，装在气缸盖上大量的热能，因此，燃气的压力和温度迅速增加，所能达到的最高压力约为3-5Mpa，相应的温度则为2200-2800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下转而外，其余即用于对外作功。（4）排气行程程。当膨胀接近终了时，排气门开启，靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点后再向上止点移动时，继续将废气强制排到大气中。活塞到上止点附近时，排气行程结束。汽车的执行机构：轮胎。作用对象：路面。3.汽车系统的黑箱图。汽车的黑箱图如图3所示。图34.确定系统主要有益功能和其它功能。汽车主要有益功能：载运客、货物和牵引客、货挂车。汽车其他功能如下：（1）作业型专用汽车：是指在汽车上安装各种特殊设备进行特定作业的汽车。包括救护车、消防车、环卫车、电视广播车、机场作业车、市政建设工程作业车及矿山、机场、工地等专用汽车（2）运输型专用汽车：是指车身经过改装，用来运输专门货物的汽车。包括垃圾运输车、冷藏车厢货车、运输沙土的自卸汽车、混凝土运输车、罐车等。海滩游乐汽车等。5.系统的结构模型、组件模型和功能模型。汽车的结构模型如表1所示，图中+为有益状态。表1汽车的结构模型车身操纵装置传动轴转向机制动器排气装置电气设备车身+++汽车的组件模型如表2所示。表2汽车组件模型系统名称汽车主要功能运输人或物传动系统电气设备耗电设备电源设备仪表盘系统的功能模型如图4所示。图46.系统的九屏图。汽车系统的九屏图如图5所示。图57.说明系统是如何符合工业设计准则和可持续发展观的。能力。进入21世纪后，中国汽车工业面临着越来越严峻的能源、资源、环境约束。因此，全球汽车工业的社会资源环境可持续发展问题已经迫在眉睫。（1）通过开发清洁能源、新能源汽车节约能源，改变汽车能源结构。由单一能源体系转向多元化能源体系。为节约能源，保证能源安全，降低源多元化的生产体制、产品结构作为重要战略任务。（2）通过开发新材料，加速产品轻量化，提高燃油效率，改善和减少能源、环境方面的约束。（3）通过研究与开发材料应用的综合技术，促进汽车用原材料回收利用。用的资源循环利用链条，逐步推进汽车的清洁制造与清洁使用。（4）加速淘汰落后产品、落后装备与落后工艺。汽车厂的兼并、重组，从源头上减少能源、原材料的浪费，减少环境污染，使低水平、高污染、高能耗的汽车加速退出市场。（5）汽车工业从区域布局到生产装备、工艺的采用，都要从清洁生产、循环经济的角度予以考虑。汽车工业在生产过程中，要注意环境保护，减少废水、废汽、废渣的排放；汽车厂的建设要与周围环境相协调，高效利用土地资源。8.用关键路径分析法给出该系统管理的网络图。汽车系统的关键路径图如图6所示。图6图中各个序号表示的含义如下：1点火开关，2蓄电池，3控制计算机，4燃油泵，5电动机，6引擎曲轴，7变速箱，8传动轴，9车轮，10制动器，11空调、音乐、导航等电气设备。二按照技术系统进化法则分析系统的进化。S理和生命周期的一个阶段，对系统在该阶段的特性进行分析。1）提高理想度法则是衡量汽车质量的一个综合性问题，它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。据研究显示，整车约有1/3的故障和车辆的噪声、振动、舒适性有关，减小汽车振动与噪声是十分有必要的。生的噪声和振动，人体舒适度达到最大。为空气动力、空调系统、道路行驶、制动系统等。因此提高理想度可以从以下4个方向予以考虑。（1）对动力装置进行改进，以来减小汽车系统的振动。即对汽油机、柴油机等能量转换装置进行改进。减小其离心惯性力，达到动平衡。（3）对执行装置进行改进，汽车系统的执行装置主要是轮胎，可以对轮胎各个参数进行改良，使其因摩擦所产生的噪声大大减小。（4）对控制装置进行改进。汽车的1控制装置有制动装置、驻车装置、转向系统装置、减震装置、消声装置、清洗装置、电气设备等等，对这些部件进行改进可以在一定程度上减少振动的产生和传播。2）S曲线进化法则。系统S曲线进化法则如图7所示。图7S品的各个阶段决策制定；引导人们在各个领域预见并解决新的任务。8看出，婴儿期和成长期时，汽车专利数量及利润较少，发明级别较高，人们对产品多处于探索阶段，性能参数不断提高，随之进入成熟期，达到发展的顶峰，进新兴行业中发展。车振动、噪声的减小和改进等等。图82.根据工作原理选择在哪个方向优化或允许改善技术系统。1）技术系统的所有部件。冷却装置、底盘、车灯、行驶装置(轮胎等）、制动装置、驻车装置、车身、转向系统装置、减震装置、防尘装置、消声装置、清洗装置、过滤装置、电气设备（仪表盘、车载空调、影音等）、维修配件、防盗装置、安全装置等。2）完成主要功能的部件。3）完成辅助功能的部件。主要有冷却装置、车灯、制动装置、驻车装置、转向系统装置、减震装置、防尘装置、消声装置、清洗装置、过滤装置、电气设备（仪表盘、车载空调、影音等）、维修配件、防盗装置、安全装置等。4）分析造成系统不足的相关部件。发动机及其配件和行驶装置中的轮胎有所不足，难以消除振动及噪声。5）分析主要完成功能的部件。运动的机械能。而底盘则起到支撑的作用，可以支撑诸如传动装置、制动装置、汽车启动、停车。6）采用矛盾的形式描述问题（物理矛盾）。发动机的功率应该加大，以能满足足够高的速度。发动机的功率应该减小，以能减小高速运转所带来的振动。轮胎与地面的摩擦应该加大，以能保证汽车在潮湿路面行驶的安全性。轮胎与地面的摩擦应该减小，以能减小轮胎与地面的摩擦所产生的噪声。7）对技术系统提出以后的发展方向。汽车产生噪声的声源有多种，如发动机、变速器、驱动桥、传动轴、轮胎、以达到最佳。采用较好的隔音装置。3.运用提高动态性法则和向微观级进化法则。1）对整个技术系统进行分析。动态性进化法则是从构成系统的元件材质和功能完备性两个方面来进行技进，或者减小其尺寸大小，进行车身轻量化的设计。2）确定系统需要改善的部位或者零部件。轮胎、车身、传动装置（传送带、曲轴、离合器等)、连接件3）找出系统中应该改善的动态参数。强度、摩擦系数、数目、尺寸（长度、宽度）4）问题以矛盾形式表示出来，表述的矛盾应该考虑到法则的工作原理。零部件采用低密度材料替换高密度材料，以能减轻重量，使车身轻量化。零部件采用高密度材料替换低密度材料，以能满足强度和刚度要求。减小系统连接件的数目，减小零件的厚度，以减小系统的振动及其传递。增加系统连接件的数目，增加零件的厚度，以增加系统的安全性能。5）选择的工作原理应该考虑到上一步分析的结果。加性能。利用机械振动原理，避开零部件的共振频率区间，减小零部件的振动。6）对改善技术系统提出以后希望的发展方向。调整和优化，才能从根本上解决问题。效地减小乃至消除，进行车身轻量化的设计。改进的相加可以得到一个可观的结果。如对传动轴、传动带、发动机、轮胎、差速器等等。三系统的矛盾及解决原理的运用1.详细分析系统需要改善的部位或者零部件的参数，列出原因。（1）部位：轮胎。改善原因：轮胎在路面上滚动产生的噪声也是很大的，尤其是在干燥的路面上，因此有必要对轮胎进行改进。（2）部位：零部件材料、尺寸。改善原因：零部件尺寸的大了，载重增加，汽车运动时容易有冲击振动现象。材料的种类性能也与振动有着密切关系。（3）部位：发动机及其配件，车身。改善原因：有些汽车行驶时车厢噪声地板的隔音效果不好。因此应该对这些部位进行改进。2.列出运行的技术系统的不足之处和有益之处。特性的途径也越来越多。3.分析对系统进行改善时，系统存在问题的根本原因。挤压与释放，就会迸发出噪声。4.对改善技术系统提出问题，增加有效功能的问题，缩减有害功能的问题。怎样既能提高发动机的动力，又能减小发动机的振动噪声？怎样使轮胎与地面有一定的摩擦，又能减小摩擦所产生的噪声？5.根据技术矛盾索引表，列出所有涉及到的创新原理。通过对问题进行分析，技术矛盾表述如下:（1）如果轮胎的摩擦减小，那么轮胎的形状应该改变，但是轮胎的稳定性可能变差。（2）如果发动机的噪声减小，那么发动机部件的材料、燃料等物质的量应该改变，但是其功率会发生变化。根据上述技术矛盾，得到系统矛盾矩阵表，如表3所示。表3系统矛盾矩阵表…………………—………同质性原理；35.状态和属性参数变化原理。各创新方法及其相应解决技术冲突的原理及措施如表4所示。表4解决技术冲突原理的具体描述及措施解决技术冲突原理的具体描述A.将物体分割成相互独立的部分；B.将一个物体分成可组合的几部分；C.提高物体的分割程度和分散程度。转时振动减小。如图9所示。A.将对称物体变为不对称；轮胎胎面可以采用多种花纹节距，如图10所示。轮胎的左侧和右侧表面具有不同形面积大，抓地力较大，运动稳定。A.使物体处于振动状态B.已振动物体，提高其振动频率C.利用共振现象D.用压电振动替代机械振动E.超声波振动和电磁场耦一个最优解。用压电振动代替机械振动。表4解决技术冲突原理的具体描述及措施把主要物体及与其相互作用的其它物体用同一材料或特性相近的材料制成。间的传递。A.(特性改变)性质转变：可调式、浓缩式、（1）可以对发动机、悬置及车架等进行结名片型、超大型、迷你型B.改变物理物理、化学状态(固态、液态、阻尼，减小振动。气态)（2）可以改变发动机使用的燃料，研究新状态和属C.改变浓度或密度35性参数变源，以减小气缸内的燃烧噪声，如图11。度（3）调整活塞、齿轮、配气机构等运动件零部件之间机械撞击产生的振动噪声。G.改变长度、体积H.改变其他属性参数图9图图7.描述排除矛盾后的技术系统。则增加了轮胎的阻尼，既能增加轮胎与地面接触时产生的摩擦，提升了抓地力；又可以通过轮胎表面的非对称不等节距花纹来减小噪声的产生及传递，两全其美。四物—场分析的运用。用，产生了噪声，通过添加第三种物质减轻有害场