基于TRIZ理論的折疊沙發機構設計與仿真

徐世福 楊靖宇 沈文浩

(寧波大學科學技術學院 機械工程與自動化學院，浙江 寧波 315000)

1 應用背景及功能分析

折疊沙發按人體工程學設計，折疊方便，椅床兩用，是戶外休閑的首選?，F利用機構運動學的理論對現有結構進行分析和改進，并實現簡潔、快捷和實用。賈潔教授在按摩椅創新設計方法研究中提到TRIZ理論的創新設計[1]，刑金龍教授在科普展品創新研發中的應用也使用了TRIZ理論分析[2]。本文借TRIZ理論分析，對市場上存在的折疊沙發機構進行設計計算與仿真模擬。

2 TRIZ 理論分析

TRIZ理論是根據系統性的創新來改善設計者思考過程的理論，通過信息系統演變規律解決系統問題。其構成，可以按邏輯順序概括為進化法則通用工程參數、發明原理、矛盾解決矩陣、標準解、發明問題解決算法以及工程知識效應庫等要素如圖1所示。

圖1 TRIZ 理論發明

3 工作原理、關聯因素分析

參考平面八連桿機構的優化設計方法[3]，折疊沙發[4]可視為平面五桿機構，其運動元機構簡圖如圖2所示。

圖2 運動元結構圖

以ABCDE五桿機構代替折疊沙發，分析其運動規律，BE為固定端，當A點向右平移時，ABC會以B為中心順時針傾斜，CD則會向左平移，帶動ED以D為中心，順時針旋轉。建立位移、旋轉角度、力矩方程。當M1=M2時，將A點的力平移至C點，CD為二力桿，即D點的力與C點等大反向，當X=max時，力矩平衡。由理論計算可知當X處于一定范圍，B處與D處的值相等。

根據TRIZ 理論，調整導致技術矛盾的因素，并利用總結后的通用參數找出最有可能解，折疊沙發的技術參數轉化成TRIZ的相關通用參數[5]。如下：改善參數為運轉效率與有效作業(No.20)；惡化參數為：運動物體的重量(No.1)和裝置的復雜性(No.36)。由矛盾解決矩陣查得對應發明原理號為 1、3、12、15 和 16、20、25、32。經分析選取 1(分割原理)、3(局部性質原理)、12(等勢原理)。由此對傳統座椅進行改進，可發現改變AC、CD比例關系以及D、B點所處位置，使其工作反饋效率更加突出，結構靈敏度增強，有效作業率上升，運轉效率提高。

4 基于 ADAMS 的折疊沙發仿真

利用 UG 軟件進行三維實體建模后將模型數據直接導入ADAMS，根據要求添加相關約束和運動。測量各個部位的角的參數變化情況，通過觀察可以發現：角位移變化曲線呈平行狀，角速度變化曲線呈聚攏狀；角加速度變化曲線呈擴散狀態?？梢钥闯?，各關節的角位移、角加速度趨于平穩，再次驗證設計的合理性。

5 結語

結合對實際產品的應用對象，將產品的設計參數轉換為TRIZ問題，用TRIZ工具求出解，并將解轉為實際解決方案。利用 TRIZ 理論解決工程實際問題速度快、質量高，建立滿足既定功能的產品結構形式，并考慮自身結構與功能存在的相關邏輯關系，以此決定產品設計的最合理形態。這里基于 TRIZ 理論與Adams數據模擬，對創新設計模型進行了驗證，也是對應產品的創新設計與體驗改善的一種新的參考。