基于TRIZ理論的汽車連接器改進(jìn)設(shè)計(jì)

【摘" 要】針對(duì)汽車連接器未滿足電接觸性能而導(dǎo)致使用過(guò)程中出現(xiàn)裝配性能降低的問(wèn)題，文章基于發(fā)明問(wèn)題解決理論（TRIZ理論），利用TRIZ理論的矛盾/沖突分析矩陣、39個(gè)工程參數(shù)、40個(gè)創(chuàng)新發(fā)明原理等知識(shí)庫(kù)工具進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，在滿足電接觸性能和不增加成本的前提下，解決連接器裝配性能低的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】TRIZ理論；改進(jìn)設(shè)計(jì)；沖突矩陣；防水型連接器

中圖分類號(hào)：U463.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）08-0097-03

Improvement Design of Vehicle Connectors Based on TRIZ Theory*

WANG Wujun1，WANG Zhiguang1，JI Genchang2

（1.Connector Ramp;D Center Henan THB Electrical Co.，Ltd.，Hebi 458030；

2. Zhejiang Gekrypton Intelligent Technology Co.，Ltd.，Ningbo 315000，China）

【Abstract】In response to the problem of reduced assembly performance caused by inadequate electrical contact performance of automotive connectors during use，this article is based on the theory of invention problem solving （TRIZ theory） and utilizes the contradiction/conflict analysis matrix，39 engineering parameters，40 innovative invention principles and other knowledge base tools of TRIZ theory to improve the design. Under the premise of meeting electrical contact performance and not increasing costs，the problem of low assembly performance of connectors is solved.

【Key words】TRIZ theory；improve design；conflict matrix；waterproof connector

作者簡(jiǎn)介

王武軍（1969—），男，碩士，正高級(jí)工程師，主要從事汽車用連接器開發(fā)和新技術(shù)研究工作；吉跟昌，男，碩士，主要研究方向?yàn)殚T系統(tǒng)及雷達(dá)防撞。

汽車連接器用于汽車電子電氣系統(tǒng)可分離界面的電氣連接器和信號(hào)傳遞，而可分離界面由插頭端和插座端組成。在可分離界面處，為了實(shí)現(xiàn)良好的導(dǎo)通性能，插座端子彈片對(duì)插頭端子頭部需要一個(gè)正壓力。正壓力過(guò)大時(shí)，會(huì)造成系統(tǒng)裝配困難；正壓力過(guò)小時(shí)，會(huì)造成電氣導(dǎo)通的可靠性降低。為確保電氣導(dǎo)通的可靠性，一般正壓力會(huì)比較大，從而造成裝配困難問(wèn)題。所以，汽車裝配線上經(jīng)常反饋連接器的裝配困難問(wèn)題，目前沒(méi)有很好的解決辦法。

1 TRIZ理論

" TRIZ理論是俄文中發(fā)明問(wèn)題解決理論的詞頭縮寫，是前蘇聯(lián)人阿奇舒勒及其領(lǐng)導(dǎo)的一批科研人員在分析了世界上近250萬(wàn)份發(fā)明專利的基礎(chǔ)上，所提出的發(fā)明問(wèn)題解決理論[1]。該理論將產(chǎn)品創(chuàng)新的核心――產(chǎn)生新的工作原理的過(guò)程具體化[2]，提出了技術(shù)系統(tǒng)演變的8個(gè)模式、沖突/矛盾矩陣、39個(gè)工程參數(shù)、40個(gè)發(fā)明原理及物質(zhì)-場(chǎng)分析等發(fā)明工具和方法供人們使用，現(xiàn)已成為一種較完善的創(chuàng)新理論工具。

TRIZ理論解決問(wèn)題的一般步驟：①對(duì)給定問(wèn)題進(jìn)行分析和定義；②工具和方法的選擇，如果發(fā)現(xiàn)存在矛盾，則用“原理”去解決；如果問(wèn)題明確但不知道該怎么做，則用“效應(yīng)”去解決；如果系統(tǒng)需要改進(jìn)，則用“標(biāo)準(zhǔn)解”去解決；③對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，如果發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題，則要對(duì)問(wèn)題繼續(xù)分析，直到不出現(xiàn)新問(wèn)題，設(shè)計(jì)方案得以應(yīng)用[3]?；赥RIZ理論的沖突解決流程如圖1所示。

用TRIZ理論解決特定設(shè)計(jì)領(lǐng)域的問(wèn)題時(shí)，首先應(yīng)采用TRIZ理論的定義方法將領(lǐng)域問(wèn)題轉(zhuǎn)化為TRIZ標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題；之后利用發(fā)明原理、標(biāo)準(zhǔn)解、效應(yīng)等工具，確定TRIZ通用解；最后通過(guò)與通用解的類比及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定領(lǐng)域解[4]。

2 連接器的改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1" 連接器插拔力分析

汽車連接器（圖2）一般由插頭護(hù)套2、插座護(hù)套5、插頭端子3、插座端子4組成。使用時(shí)，插頭端子3和插座端子4與導(dǎo)線1壓接連接后分別裝配在插頭護(hù)套2和插座護(hù)套5內(nèi)。通過(guò)插頭護(hù)套2和插座護(hù)套5的嚙合和分離實(shí)現(xiàn)插頭端子3和插座端子4的嚙合和分離，進(jìn)而完成電路的導(dǎo)通和斷開。連接器的插拔力主要由連接器插拔過(guò)程中公端子和母端子間的摩擦阻力決定，端子間的摩擦阻力與正壓力和摩擦系數(shù)成正比，而電路的導(dǎo)通性能與正壓力成正比。連接器的插拔力數(shù)值近似等于所有配對(duì)的公端子和母端子的摩擦阻力以及由于尺寸超差造成的附加力的幾何迭加。對(duì)于端子數(shù)量較多的連接器，滿足裝配要求的插拔力條件時(shí)，往往需要降低端子間的正壓力，會(huì)明顯降低電氣導(dǎo)通可靠性。

2.2" 問(wèn)題描述及TRIZ分析

根據(jù)分析，該問(wèn)題要解決的是汽車連接器的插拔力和電氣導(dǎo)通可靠性的矛盾，可利用TRIZ理論的矛盾/沖突分析法及相應(yīng)的創(chuàng)新原理解決。該矛盾/沖突因果鏈分析如圖3所示。分析可知：需要解決的問(wèn)題是連接器的插拔力過(guò)大，現(xiàn)有的解決方法是降低端子配合的正壓力以實(shí)現(xiàn)插拔力降低，現(xiàn)有解決方法的缺點(diǎn)是導(dǎo)電可靠性降低，造成使用風(fēng)險(xiǎn)。

用TRIZ理論對(duì)該技術(shù)矛盾定義如下。改善：力，惡化：可靠性，力VS可靠性。查TRIZ理論的39個(gè)工程參數(shù)表可知，改善的工程參數(shù)（力）為第10條工程參數(shù)，惡化的工程參數(shù)（可靠性）為第27條工程參數(shù)。據(jù)此查找沖突矩陣表（表1）可知，TRIZ理論提供的創(chuàng)新原理序號(hào)為3、13、21、35。對(duì)第3條、第13條、第21條、第35條發(fā)明原理進(jìn)行如下分析。

1）原理3——局部質(zhì)量原理。①將物體、環(huán)境或外部作用的均勻結(jié)構(gòu)變?yōu)椴痪鶆虻?，將系統(tǒng)的溫度、密度、壓力由恒定值改為按一定的斜率增長(zhǎng)；②讓物體的不同部分各具不同的功能，如瑞士軍刀（帶多種常用工具，如螺絲刀、起瓶器、小刀、剪刀等）；③讓物體的各部分處于完成各自功能的最佳狀態(tài)，如在餐盒內(nèi)設(shè)置間隔，在不同的間隔內(nèi)放置不同的食物，避免串味。

2）原理13——反向作用原理。用相反的動(dòng)作替代要求指定的動(dòng)作；把物體或過(guò)程倒過(guò)來(lái)；讓物體可動(dòng)部分不動(dòng)，不動(dòng)部分可動(dòng)。

3）原理21——減少有害作用的時(shí)間。將危險(xiǎn)或有害的流程或步驟在高速下進(jìn)行。如照相用閃光燈。

4）原理35——物理或化學(xué)狀態(tài)的改變?cè)?。①改變物體的物理狀態(tài)；②改變物體的濃度和粘度；③改變物體的柔度；④改變物體的溫度或體積。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，原理13為“反向作用原理”，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，該原理可以解決所分析的問(wèn)題。

2.3" 改進(jìn)設(shè)計(jì)方案

為解決汽車連接器用于多個(gè)端子時(shí)插拔力大造成裝配困難問(wèn)題，根據(jù)TRIZ理論分析，采用40個(gè)創(chuàng)新發(fā)明原理的第13個(gè)原理“反向作用原理”，將常規(guī)的連接器的掛臺(tái)與孔配合的自鎖結(jié)構(gòu)改為自鎖凸臺(tái)配合的自鎖結(jié)構(gòu)6（圖4）。該設(shè)計(jì)方案的工作原理為：對(duì)插裝配公端連接器和母端連接器時(shí)，首先插頭護(hù)套和插座護(hù)套上的自鎖凸臺(tái)的自鎖前斜面相接觸，自鎖凸臺(tái)所處的外框架開始發(fā)生彈性形變，繼續(xù)裝配公端連接器和母端連接器，插頭護(hù)套和插座護(hù)套上的自鎖凸臺(tái)上的圓弧頂點(diǎn)對(duì)接重合后，自鎖凸臺(tái)所處的外框架的彈性形變達(dá)到最大值，此時(shí)插頭端子和插座端子接觸開始產(chǎn)生阻力。繼續(xù)裝配公端連接器和母端連接器，插頭護(hù)套和插座護(hù)套上的自鎖凸臺(tái)的自鎖后斜面開始接觸，自鎖凸臺(tái)所處的外框架開始恢復(fù)彈性形變，彈性形變恢復(fù)完成時(shí)，插頭端子和插座端子裝配到位。裝配過(guò)程中，自鎖凸臺(tái)所處的外框架恢復(fù)彈性形變的力能抵消一部分插頭端子和插座端子對(duì)插時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力，使連接器的整體插入力降低。

經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，該方案能有效解決多線連接器裝配困難的問(wèn)題，使連接器的可靠性得到保證，且該方案不需要增加額外成本。

3 設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析

改進(jìn)后的設(shè)計(jì)方案與原方案相比，生產(chǎn)成本不變，售后成本降低，可靠性提高。表2為改進(jìn)設(shè)計(jì)方案與原方案在材料、工藝性、可靠性、成本等方面的對(duì)比分析。

4 結(jié)論

TRIZ理論將復(fù)雜的發(fā)明問(wèn)題解決過(guò)程通過(guò)一種相對(duì)簡(jiǎn)單的邏輯思維展現(xiàn)在人們面前，使發(fā)明問(wèn)題的解決得以簡(jiǎn)化。利用TRIZ理論的矛盾/沖突分析矩陣、39個(gè)工程參數(shù)、40個(gè)發(fā)明原理等知識(shí)庫(kù)工具對(duì)汽車連接器傳統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的裝配性能降低問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，在保證成本不變、導(dǎo)通性能不降低的前提下解決裝配困難的問(wèn)題。該問(wèn)題的解決也證明TRIZ理論是一種非常有效的創(chuàng)新設(shè)計(jì)工具。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯" 凌" 波）