КейсыСегодня кейсов в Базе - 66

 

Описание исходной ситуации

В оптических приборах для плавного и точного прямолинейного перемещения оптических элементов (например, призм или линз) часто используют шариковые направляющие трения-качения [1].

Такая направляющая состоит из направляющих планок, прикрепленных к основанию, каретки, шариков и сепараторов, которые удерживают шарики на определенном расстоянии друг от друга (см. Рис.1, 2).

Линзу в оправе закрепляют на каретке, а, во время работы прибора, специальный толкатель перемещает каретку с определенной скоростью на заданное расстояние. Затем толкатель отводится в сторону, и каретка под действием пружины возвращается в исходное положение. После этого цикл работы повторяется.

 

triz_case_separator_1

triz_case_separator_2

 

Практика применения таких направляющих показала, что иногда под действием внешних ударных и вибрационных нагрузок она перестает работать.

Удары и вибрации вызывают неравномерное продольное смещение шаров с сепараторами, причем, для каждого сепаратора с шарами это смещение может быть разным как по направлению, так и по величине (см. Рис.3).

 

triz_case_separator_3

 

Кроме того, отклонение реальной формы шаров от правильной геометрической формы и разность их диаметров в пределах технологических допусков вносят дополнительные ошибки в синхронность движения шаров.

С течением времени, величина неравномерного смещения шаров может накапливаться. Это, в свою очередь, приводит к неравномерному смещению сепараторов, перекосу каретки и ее заклиниванию из-за перераспределения сил упругого сжатия шаров, действующих на каретку.

В результате возвратная пружина не может вернуть каретку в исходное положение, каретка не прижимается к толкателю и перестает перемещать линзу.

Для предотвращения этого нежелательного эффекта в конструкцию направляющей вводят механизм принудительного движения сепараторов.

Этот механизм, задает синхронное перемещение сепараторов с шарами в направлении движения каретки и со скоростью вдвое меньшей, чем у каретки.
Один из возможных вариантов таких механизмов - зубчатый механизм принудительного движения сепаратора [2], который показан на Рисунке 4.

 

triz_case_separator_4

 

Этот механизм состоит из:
- Сепаратора, общего для двух рядов шариков;
- Зубчатых колес, на осях которых закреплен сепаратор;
- Зубчатых дорожек, выполненных на внутренних поверхностях каретки и основания.

Во время работы направляющей, каретка перемещается относительно основания и зубчатые дорожки каретки сдвигаются относительно зубчатых дорожек основания, что приводит к вращению зубчатых колес.

Зубчатые колеса катятся по зубчатым дорожкам основания и перемещают сепаратор с шарами, который закреплен на осях зубчатых колес.

При перекатывании зубчатого колеса по зубчатой дорожке ось колеса движется с вдвое меньшей скоростью, чем наружные точки колеса, поэтому и сепаратор, закрепленный на оси колеса движется в том же направлении, что и каретка, и тоже с вдвое меньшей скоростью, чем каретка.

В результате перемещение сепаратора не зависит от движения шаров и задается только смещением каретки относительно основания (или перемещением оси зубчатого колеса).

Такой управляемый сепаратор ограничивает неравномерность движения шаров и полностью исключает возможность их проскальзывания (см. Рис.5).

 

triz_case_separator_5

Однако, описанный выше механизм принудительного движения сепараторов, с точки зрения конкретных ограничений Заказчика, обладает следующими недостатками:
- относительно большая трудоемкость изготовления высокоточных зубчатых дорожек и зубчатых колес малого диаметра;
- относительно большая высота направляющей, задающаяся минимальными толщинами основания и каретки, и минимальным диаметром зубчатых колес.

Анализ других конструкций принудительного движения сепараторов [1] показал, что их применение либо недопустимо усложняет конструкцию направляющей, либо увеличивает ее размеры, либо не обеспечивает заданную точность и рабочий ход каретки.

Как быть?

Решение задачи с помощью АРИЗ 85-В [3]

Часть 1. Анализ задачи

1.1. Условие мини-задачи (без специальных терминов)
1.1.1. Замена специальных терминов на функциональные:

 

triz_case_separator_6

triz_case_separator_7

 

1.1.2. Техническая система – “Направляющая” – предназначена для:
- прямолинейного перемещения оптической детали,
включает в себя:
- Основание;
- 2 Направлялки;
- Перемещалку;
- 2 Разделителя;
- 2 Ограничителя;
- Стопор;
- Пружину;
- 4 Шара;
- Толкатель;
- Управлялку.

1.1.3. Техническое противоречие (ТП):

ТП-1:
Если Направляющая имеет Управлялку, то Разделители движутся управляемо, но при этом увеличивается сложность конструкции и размеры Направляющей.

ТП-2:
Если у Направляющей нет Управлялки, то Разделители могут двигаться случайно, но это не усложняет конструкцию Направляющей и не увеличивает ее размеры.

1.1.4. Необходимо:
при минимальных изменениях в Направляющей, обеспечить управление движением Разделителя без усложнения конструкции Направляющей и без увеличения ее размеров.

1.2. Конфликтующая пара
Изделие — Разделитель.
Инструмент — Управлялка (отсутствующая, присутствующая).

Примечание 1:
У проектируемой Направляющей два Разделителя – по одному с каждой стороны.
Для решения задачи достаточно рассмотреть один Разделитель.

1.3. Графические схемы ТП-1 и ТП-2

ТП-1: «Управлялка» есть:

Если Управлялка есть, то она управляет движением Разделителя в процессе работы Направляющей, но при этом увеличивается сложность конструкции и размеры Направляющей (см. рис. 7).

 

triz_case_separator_8

 

ТП-2: «Управлялки» нет:

Если Управлялки нет, то она не управляет движением Разделителя в процессе работы,
но и не усложняет конструкцию Направляющей и не увеличивает ее размеры (см. рис. 8).

 

triz_case_separator_9

 

1.4. Выбор ТП

В соответствии с рекомендациями АРИЗ –85В следует “выбрать из двух схем конфликта ту, которая обеспечивает наилучшее осуществление главного производственного процесса (основной функции технической системы). Указать главный производственный процесс.” [1, стр. 188.]

Главный производственный процесс в задаче – это плавное и точное перемещение Каретки с Линзой в заданном направлении на заданное расстояние.
Надежная работа Направляющей обеспечивается тогда, когда в ее конструкции используется Управлялка.

Но, по условиям задачи, использование известных конструкций Управлялок приводит к усложнению конструкции Направляющей или увеличению ее размеров, что недопустимо.

В сложившейся производственной ситуации необходимо предложить простую конструкцию Управлялки, которая не приводит к увеличению размеров Направляющей.

Из теории ТРИЗ нам известно, что идеальная система та, которая не занимает места, не потребляет энергию, не ломается … - та которой нет, но ее функция выполняется.

Если это положение применить к нашей задаче, то самая простая и малоразмерная Управлялка – это “Идеальная Управлялка”, т.е. – та, которой нет, но ее функция “управлять движением Разделителя” выполняется на требуемом уровне качества.

Исходя из этих соображений была выбрана схема конфликта ТП-2 – когда “Управлялки нет”, т.е. Управлялка должна стать “Идеальной“.

1.5. Усиление ТП

Поскольку было выбрано ТП-2 - когда “Управлялки нет”, то и нет необходимости его усиливать, поскольку “отсутствующая Управлялка” – это предельно простая и маленькая Управлялка.

1.6. Модель задачи.

1.6.1. Даны “Отсутствующая Управлялка” и “Разделитель”;

1.6.2. “Отсутствующая Управлялка” не усложняет Направляющую, но и не управляет движением Разделителя;

1.6.3. Необходимо найти такой Х-элемент, который, сохраняя способность “Отсутствующей Управлялки” не усложнять Направляющую и не увеличивать ее размеры, обеспечивал бы управление движением Разделителя (см. рис. 9).

 

triz_case_separator_10

 

Примечание 2:

“Управление движением Разделителя” означает, что Разделитель должен двигаться:

– только тогда, когда Перемещалка движется относительно Направлялки (т.е. задавать положение шаров независимо от их ошибок движения);
– в том же направлении, что и Перемещалка;
– со скоростью в 2 раза меньшей, чем у Перемещалки.

Различные конструкции “Управлялок”, применяемые в Направляющих как раз и обеспечивают перемещение Разделителя в соответствии с перечисленными требованиями (см.Рис.5).

В соответствии с этим Примечанием, п.п.1.6.3. можно сформулировать точнее:

Уточненная формулировка п.п. 1.6.3.:

Необходимо найти такой Х-элемент, который, сохраняя способность “Отсутствующей Управлялки” не усложнять конструкцию Направляющей и не увеличивать ее размеры, обеспечивал бы движение Разделителя:
- только тогда, когда Перемещалка движется относительно Направлялки;
- в том же направлении, что и Перемещалка;
- со скоростью в 2 раза меньшей, чем у Перемещалки.

1.7. Применение Системы 76 Изобретательских Стандартов к Модели Задачи

Итак, мы сформулировали следующую Модель задачи:

1. Даны “Отсутствующая Управлялка” и “Разделитель”;
2. “Отсутствующая Управлялка” не усложняет Направляющую, но и не управляет движением Разделителя;
3. Необходимо найти такой Х-элемент, который, сохраняя способность “Отсутствующей Управлялки” не усложнять конструкцию Направляющей и не увеличивать ее размеры, обеспечивал бы движение Разделителя:
• только тогда, когда Перемещалка движется относительно Направлялки;
• в том же направлении, что и Перемещалка;
• со скоростью в 2 раза меньшей, чем у Перемещалки.

В соответствии с этой Моделью Задачи имеется только Разделитель, движением которого необходимо управлять, и “Отсутствующая Управлялка”. Следовательно “Изделие” уже задано – это Разделитель (В1).

Поскольку движением Разделителя ничего не управляет, то следовательно в ситуации задано отсутствующее управление.

Итак, у нас есть Неполный Веполь, состоящий из Разделителя (В1) и отсутствующего управления (см. Рис.10).

 

triz_case_separator_1

 

Чтобы решить задачу, надо, в соответствии с Изобретательским Стандартом 1.1.1 достроить Неполный Веполь до Полного – т.е. надо ввести какое-то Вещество (В2), которое будет управлять Разделителем и Поле (П).

Каким должно быть Поле (П)?

Поле взаимодействия Разделителя с Управлялкой может быть механическим, поскольку принцип действия анализируемой Направляющей механический и задано требование не усложнить ее конструкцию.

Введение любого другого поля приведет к новому типу взаимодействия Разделителя с Управлялкой, а следовательно к замене механического принципа действия на другой, что в свою очередь вызовет сильную переделку конструкции Направляющей, что в заданных производственных условиях крайне нежелательно.

Каким должно быть Вещество (В2)?

В Модели Задачи сказано, что вводимый Х-элемент (B2) не должен усложнять конструкцию Направляющей.

Следовательно, вводимое Вещество (В2) лучше всего получить из имеющихся веществ.
Во-первых, это может быть модификация самого Разделителя (В1).
Во-вторых, это могут быть ближайшие к Разделителю элементы Направляющей, с которыми Разделитель уже взаимодействует:
- в данном случае это Шары;
или другие ближайшие элементы, от которых зависит работа Разделителя, это:
- Каретка;
- Направлялки.

Эта рекомендация хорошо согласуется с Условиями Свертывания конструкции ТС из метода Функционально-Идеального Моделирования конструкций ТС [5]:
Управлялку, выполняющую функцию: “управлять Разделителем”, можно удалить из системы, если:
А) нет Разделителя;
Б) Разделитель сам управляет своим движением (один из возможных вариантов ИКР в АРИЗ);
В) Разделителем управляют оставшиеся элемент системы:
-Шары,
-Каретка,
-Направлялки,
-Основание.

Условие Свертывания А) ведет к интересным вариантам конструкции Направляющей, у которых нет Шаров (например, гидростатические, газостатические, магнитные) или Шары сами себя рязделяют (например, все пространство между Шарами заполнено такими же Шарами).

Но все эти варианты ведут к полному изменению конструкции Направляющей, что в данных конкретных условиях недопустимо.

 

Условие свертывания Б) ведет к интересному варианту, когда Разделитель сам управляет своим движением – т.е. одна его часть разделяет Шары, а вторая связана с Кареткой и Направлялкой и перемещает первую. В этом случае Управлялка – это модифицированный Разделитель (см. Рис. 11).

 

triz_case_separator_12

 

Этот вариант реализации Условия Свертывания Б) хорошо согласуется с Изобретательским Стандартом 5.1.2. в соответствии с которым, в качестве инструмента предлагается использовать часть изделия [4].

Условие свертывания В) ведет к конструктивным изменениям Шаров, Каретки, Направлялки и Основания, которые должны обеспечить или помочь организовать управление движением Разделителя.

Вывод

Система Изобретательских Стандартов подсказывает, что для решения задачи, в качестве вводимого Х-элемента, лучше всего использовать имеющихся в конструкции Направляющей вещества и в первую очередь, самого Разделителя.

Часть 2. Анализ модели задачи

2.1. Оперативная зона (ОЗ)

Оперативная зона (ОЗ) – это пространство, в пределах которого возникает конфликт, указанный в Модели Задачи.
В Модели Задачи у нас конфликтуют “Отсутствующая Управлялка” и “Разделитель”. Следовательно ОЗ — пространство, вокруг “Разделителя”.

Примечание 3:

Конструкции “Управлялок” бывают разные, но детали этих Управлялок всегда связаны с Направлялкой, Перемещалкой и Разделителем.
Требование не увеличить внешние размеры Направляющей, а также анализ разных конструкций Управлялок показал, что минимальное пространство, которое может занимать Управлялка – это пространство между Перемещалкой и Направлялкой, в котором расположены и движутся Шары и Разделитель.

Уточненная формулировка ОЗ:

ОЗ - это пространство между Перемещалкой и Направлялкой, в котором расположены Шары и Разделитель (см. рис. 12).

 

triz_case_separator_13

 

2.2. Оперативное время (ОВ)

В этой задаче Конфликтное время Т1 – это время нахождения Направляющей в приборе. Разделители могут быть неуправляемо сдвинуты под действием любого сильного удара или вибрации, которые может испытывать прибор как во время работы, так до и после него.

2.3. Список вещественно-полевых ресурсов (ВПР)

Внутрисистемные ВПР:

ВПР инструмента - “Отсутствующая Управлялка”:
“Отсутствующая Управлялка” т.е. - воздух вокруг Разделителя в пространстве между Перемещалкой и Направлялкой.
ВПР изделия – “Разделитель”:

Ресурсами Разделителя могут быть:

Для кого:  Инженер,Предприниматель

Тип решаемой задачи:  Физика,Техника

Приобретаемые навыки:  решение задачи

Добавить в блокнотБлижайшие мероприятия
(Голосов: 0, Рейтинг: 0)



Добавить комментарий:

Комментарии:

    Для кого:  Инженер,Предприниматель

    Тип решаемой задачи:  Физика,Техника

    Приобретаемые навыки:  решение задачи

    Добавить в блокнотБлижайшие мероприятия
    (Голосов: 0, Рейтинг: 0)



    Добавить комментарий:

    Комментарии: