基于TRIZ理论的折叠沙发机构设计与仿真

徐世福 杨靖宇 沈文浩

(宁波大学科学技术学院 机械工程与自动化学院，浙江 宁波 315000)

1 应用背景及功能分析

折叠沙发按人体工程学设计，折叠方便，椅床两用，是户外休闲的首选。现利用机构运动学的理论对现有结构进行分析和改进，并实现简洁、快捷和实用。贾洁教授在按摩椅创新设计方法研究中提到TRIZ理论的创新设计[1]，刑金龙教授在科普展品创新研发中的应用也使用了TRIZ理论分析[2]。本文借TRIZ理论分析，对市场上存在的折叠沙发机构进行设计计算与仿真模拟。

2 TRIZ 理论分析

TRIZ理论是根据系统性的创新来改善设计者思考过程的理论，通过信息系统演变规律解决系统问题。其构成，可以按逻辑顺序概括为进化法则通用工程参数、发明原理、矛盾解决矩阵、标准解、发明问题解决算法以及工程知识效应库等要素如图1所示。

图1 TRIZ 理论发明

3 工作原理、关联因素分析

参考平面八连杆机构的优化设计方法[3]，折叠沙发[4]可视为平面五杆机构，其运动元机构简图如图2所示。

图2 运动元结构图

以ABCDE五杆机构代替折叠沙发，分析其运动规律，BE为固定端，当A点向右平移时，ABC会以B为中心顺时针倾斜，CD则会向左平移，带动ED以D为中心，顺时针旋转。建立位移、旋转角度、力矩方程。当M1=M2时，将A点的力平移至C点，CD为二力杆，即D点的力与C点等大反向，当X=max时，力矩平衡。由理论计算可知当X处于一定范围，B处与D处的值相等。

根据TRIZ 理论，调整导致技术矛盾的因素，并利用总结后的通用参数找出最有可能解，折叠沙发的技术参数转化成TRIZ的相关通用参数[5]。如下：改善参数为运转效率与有效作业(No.20)；恶化参数为：运动物体的重量(No.1)和装置的复杂性(No.36)。由矛盾解决矩阵查得对应发明原理号为 1、3、12、15 和 16、20、25、32。经分析选取 1(分割原理)、3(局部性质原理)、12(等势原理)。由此对传统座椅进行改进，可发现改变AC、CD比例关系以及D、B点所处位置，使其工作反馈效率更加突出，结构灵敏度增强，有效作业率上升，运转效率提高。

4 基于 ADAMS 的折叠沙发仿真

利用 UG 软件进行三维实体建模后将模型数据直接导入ADAMS，根据要求添加相关约束和运动。测量各个部位的角的参数变化情况，通过观察可以发现：角位移变化曲线呈平行状，角速度变化曲线呈聚拢状；角加速度变化曲线呈扩散状态。可以看出，各关节的角位移、角加速度趋于平稳，再次验证设计的合理性。

5 结语

结合对实际产品的应用对象，将产品的设计参数转换为TRIZ问题，用TRIZ工具求出解，并将解转为实际解决方案。利用 TRIZ 理论解决工程实际问题速度快、质量高，建立满足既定功能的产品结构形式，并考虑自身结构与功能存在的相关逻辑关系，以此决定产品设计的最合理形态。这里基于 TRIZ 理论与Adams数据模拟，对创新设计模型进行了验证，也是对应产品的创新设计与体验改善的一种新的参考。