第二届全国“TRIZ”杯大学生创新方法大赛作品

附件3
序号：
编码：
第二届全国“TRIZ”杯大学生创新方法大赛
作品申报书…
作品名称：基于TRIZ理论的健身洗衣机结构设计
申报团队：在路上
所在院校：哈尔滨理工大学
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类别：发明制作类
□论文创意类
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2013年“TRIZ”杯大学生创新设计大赛组委会制
说明
1．申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。

2．申报者在填写申报作品情况时只需根据项目报名情况填写A表，根据作品类别（科技发明制作、自然科学类学术论文）分别填写B1、B2表，根据TRIZ理论掌握情况自愿填写B3表。

所有申报者需详细填写C表。

3．表内项目填写时一律打印，要求申报者一律按原表复制。

4．序号、编码由2013年“TRIZ”杯大学生创新设计大赛组委会填写。

5．所有科技发明制作必须撰写研究报告，并将研究报告打印在表F处，研究报告字数在2000字左右。

6．学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文，用小四号仿宋体字（正文）打印在A4纸上，附于申报书后，论文字数8000字以内，（文章版面尺寸：上下2.5cm，左右2.5cm）。

7．作品申报书须按要求由各学校统一报送。

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8．所有参赛作品必须按规定时间报送。

9．报送地址：哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学11号楼2039办公室
邮编：150001
电子版发送到：(邮件题目中注明学校)
联系电话：4，（王），（齐）
联系人：王茜、齐云鹤
A．团队基本情况
B1．申报作品情况（科技发明制作）
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作品发明过程中运用到的“TRIZ”理论（详细说明）
} 研究目前开发出的健身洗衣机，发现普遍两个问题：
（1）噪声大，振动剧烈
（2）不具备脱水功能
对于问题（1），当洗衣机进行洗衣和脱水工作的同时，由于体力下降等原因导致输出力矩不平稳，从而致使滚筒的转速不稳定，产生噪音和振动，即产生有害作用。

系统中同时存在有效作用和有害作用，即系统的模型不完善；对于问题（2），造成健身洗衣机不具备脱水功能的原因在于脱水过程的运动状态不同于洗衣过程，即洗衣过程需要间歇的往复运动，而脱水过程需要高速的离心运动。

从中可提取出速度的快与慢构成了一组物理冲突。

经过分析，问题（1）（2）被转化为TRIZ理论中的不完善物场模型和物理冲突问题。

对不完整的物场模型，在进行分析后可得其现在物场模型如下图所示，其中S1为滚筒轴，S2为链轮。

针对上图模型中由滚筒产生的振动有害作用，可以引入S3来消除有害效应，即引入飞轮来调节速度波动。

引入S3后的物场模型如图1所示。

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图1：引入S3前后的物场模型
对于物理冲突问题，采用空间分离原理进行解决，其对应的发明原理为第1、2、3、4、7、13、17、24、26、30条发明原理。

其中，发明原理3—局部质量原理的具体描述：（1）将物体或外部环境的同类结构转换成异类结构；（2）使物体的不同部分实现不同的功能；（3）使物体的每一部分处于最有利于其运行的条件下。

考虑到要实现洗衣和脱水两个功能，采用离合器将洗衣和脱水两个功能分开来解决速度快-慢的物理矛盾。

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□实物、产品模型图纸□磁盘现场演示图片录像□样品
使用说明及该作品的技术特点和优势，请提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测
健身洗衣机的工作流程由进水,洗衣,排水,和脱水四个过程组成。

是在普通洗衣机的前提下改进，洗衣机工作原理相同。

健身洗衣机结构采用卧式滚筒型,洗衣机内筒门盖均装有锁紧机构,外筒门盖上设有行程开关,运转安全可靠在该健身洗衣机工作过程中,充分利用机械控制箱来实现以上工作过程。

首先人在健身时启动健身跑步机,通过轮系的传动将动力传递到曲柄滑块中，滑块带动齿条，齿条与洗衣机齿轮机构实现动力传递。

达到设计的功率及其所需工作要求转速。

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图2：健身洗衣机工作原理图
如图2所示,首先人在自行车运动机上运动做功,通过健身机的一级链传动传递动力给齿轮机构,齿轮带动轴运动。

通过换向机构实现运动的分路。

洗衣过程换向到偏心轮一侧与相应齿轮啮合，带动偏心轮机构运动（曲柄滑块机构改装的曲柄齿条机构）实现齿条的往返运动，从而带动洗衣机实现往返运动完成洗涤过程。

将换向机构置于左侧与轮系齿轮啮合，带动轮系的运动。

轮系（带轮轮系）齿轮机构将动力传到洗衣机，实现单向运动完成脱水过程。

技术特点和优势：1．产品结合健身器和洗衣机的主要功能，实现了健身车和
洗衣机的优势互补；
2．以人体能量作为能量来源，实现了能量的有效利用；
3．内部结构简单，制造成本低。

技术性说明及市场分析：健身洗衣机是近年来发展起来的一种集健身和洗衣的产品，它满足了人们娱乐健身的需求，也响应了国家节能减排的号召，而且制$
作和生产过程有很大的可操作性，预计不久就可以投入市场。

该健身洗衣机是在洗衣机的基础上加上了必要的传动系统和改进的健身车，传动结构较简单，零件损坏后便于更换。

与洗衣机和健身车相比，该产品适用范围更广，销售价格相对较低，在一般家庭中能得到广泛应用，因此未来的推广前景值得期待。

经济效益预测：一般洗衣机功率在150-300W之间，我们取其平均值225W计算，假设一人一天锻炼2h，则一天可以节约电能*2=（度）。

□提出专利申请申请号：
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申请日期年月日□已获专利权批准批准号：
批准日期年月日未提出专利申请
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B3．申报作品TRIZ理论应用情况
物质—场分析：
对于问题（1），当洗衣机进行洗衣和脱水工作的同时，由于体力下降等原因导致输出力矩不平稳，从而致使滚筒的转速不稳定，产生噪音和振动，即产生有害作用。

系统中同时存在有效作用和有害作用，即系统的模型不完善。

如果在物—场模型的2个物质间同时存在着有用和有害作用，而且S1及S2不必直接接触，则可以建立拆解物—场模型S1.2.1，引入第三种物质S3消除有害效应。

在进行分析后可得物场模型如下图所示。

物理矛盾：
对于问题（2），造成健身洗衣机不具备脱水功能的原因在于脱水过程的运动状态不同于洗衣过程，即洗衣过程需要间歇的往复运动，而脱水过程需要高速的离心运动。

从中可提取出速度的快与慢构成了一组物理冲突。

经过分析，问题（1）（2）被转化为TRIZ理论中的不完善物场模型和物理冲突问题。

解决方案
针对上图模型中由滚筒产生的振动有害作用，可以引入S3来消除有害效应。

在本设计中通过引入有调节速度波动作用的飞轮来消除有害作用。

对于物理冲突问题，采用空间分离原理进行解决，其对应的发明原理为第1、2、3、4、7、13、17、24、26、30条发明原理。

查阅TRIZ理论解决矛盾的40个标准方法，得到：
发明原理1．分割：①将物体分割成独立的部分；②使物体成为可组合的（易于拆卸和
组装）；③增加物体被分割的程度。

发明原理2．抽出：①从物体中抽出产生紊乱的部分或属性；②从物体中抽出必要的部分或属性。

发明原理3．局部质量：①将物体或外部环境的同类结构转换成异类结构；②使物体的不同部分实现不同的功能；③使物体的每一部分处于最有利于其运行的条件下。

发明原理4．非对称：①用非对称形式代替对称对称形式；②如果对象已经是非对称，增加其非对称的程度。

发明原理7．嵌套：①将一个物体嵌入第二个物体中，将第二个物体嵌入第三个物体中，可进行下去；②让物体穿过另一个物体的空腔。

发明原理13.逆向思维：①颠倒过去解决问题的办法；②使物体的活动部分改变为固定
的；让固定的部分变为活动的；③翻转物体（或过程）。

发明原理17.一维变多维：①将物体从一维变到二维或三维空间；②用多层结构代替单层结构；③使物体倾斜或侧向放置；④使用给定表面的另一面。

发明原理24.中介物：①采用中介体传递或完成所需动作；②把一个物体和另一个物体临时结合在一起（随后能比较容易的分开）。

发明原理26.复制：①使用更简单、更便宜的复制品代替难以获得的、昂贵的、复杂的、易碎的物体；②用光学复制品或图形来代替实物，可以按比例放大或缩小图形；③如果可视的光学复制品已经被采用，进一步扩展到红外或紫外线复制品。

发明原理30.柔性外壳和薄膜：①使用柔性外壳和薄膜代替传统机构；②用柔性外壳和薄膜把对象和外界环境隔开。

确定最终方案
1、对于出现的有害效应，通过引入飞轮来调节速度波动。

在进行分析后可得物场模型如下图所示，其中S1为滚筒轴，S2为链轮，S3为飞轮。

从健身和人体力学原理的角度出发，找到最佳健身效果所对应的踏板转速和力度，推出临界转速，选取合适的飞轮材料，以此来设计避开危险频带区的飞轮。

2、对于出现的物理冲突矛盾，选取发明原理3—局部质量原理，使物体的不同部分实现不同的功能考虑到要实现洗衣和脱水两个功能，采用离合器将洗衣和脱水两个功能分开来解决速度快-慢的物理矛盾。

注：
1．本表中如能用图的请尽量用图表示；
2．尽可能地运用多种TRIZ工具解题；
3．解决方案应为多种，确定最终方案应为一种或两种皆可。