基于TRIZ的減震器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

王日君　李壯

摘要：針對(duì)目前彈簧減震器的減震性能不足，而減震性能更好的液壓減震器和氣壓減震器中的內(nèi)外腔結(jié)構(gòu)和閥門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的問(wèn)題，通過(guò)分析現(xiàn)有問(wèn)題并利用TRIZ理論中的沖突矩陣與發(fā)明原理，分別運(yùn)用預(yù)先作用原理、復(fù)制原理、參數(shù)變化原理進(jìn)行分析設(shè)計(jì)出一款減震性能相對(duì)較高、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的減震器。

關(guān)鍵詞：TRIZ;減震器;沖突矩陣;發(fā)明原理

1? 引言

減震器裝置可以用來(lái)減少力傳遞過(guò)程中沖擊與震動(dòng)，我們熟知并且常見(jiàn)的減震器廣泛運(yùn)用于汽車、特種車輛、艦船和有一些減震需求的器械上，甚至在電動(dòng)車，自行車上也會(huì)通過(guò)一些簡(jiǎn)易的減震裝置來(lái)為我們的出行增加舒適度[1][2]。但是目前機(jī)械式減震器中普通的彈簧減震器的減震性能不夠理想，性能更好的液壓、氣壓減震器中的內(nèi)外腔結(jié)構(gòu)和閥門系統(tǒng)增加了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，而近些年出現(xiàn)的磁流體減震器價(jià)格相對(duì)昂貴，所以需要一款減震性能相對(duì)較高、而結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的減震器[3]。

2? TRIZ發(fā)明原理

發(fā)明問(wèn)題解決理論（TRIZ）作為一種有效的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論與方法，起源于前蘇聯(lián)，而后發(fā)展于歐美，是由阿奇舒勒在研究了大量專利后所得到的一種普適性理論。TRIZ理論經(jīng)過(guò)了多年的發(fā)展與完善，目前已經(jīng)在眾多外國(guó)大型企業(yè)中應(yīng)用于設(shè)計(jì)研發(fā)產(chǎn)品，其可以有效提升人們的創(chuàng)新能力并且可以快速解決眾多行業(yè)的技術(shù)與管理難題。TRIZ主要包括40個(gè)發(fā)明原理，分離原理，76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解等九大體系，本文主要應(yīng)用40個(gè)發(fā)明原理對(duì)減震器進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)與分析。使用發(fā)明原理解決問(wèn)題的應(yīng)用流程是首先對(duì)現(xiàn)有實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析，將一般性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)沖突，由沖突矩陣查找相應(yīng)的發(fā)明原理，依據(jù)所得到的發(fā)明原理，結(jié)合領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)，最終分析得到相應(yīng)的解決方案。

3? 基于發(fā)明原理的減震器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

目前應(yīng)用較廣的減震方式一般有彈簧減震、液壓減震、氣壓減震幾種主要形式，而目前一般在自行車，電動(dòng)車上通常使用純彈簧減震，雖然機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是當(dāng)使用者騎行通過(guò)凹凸路面時(shí)顛簸感依然較大，減震效果不夠理想，而在減震要求更高的機(jī)械中一般采用結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、性能也更好的液壓減震器或者是氣壓減震器，所以想要提高減震器性能，就會(huì)導(dǎo)致減震器結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。通過(guò)以上分析可知改善的參數(shù)是No.10力，而惡化的參數(shù)是No.36系統(tǒng)的復(fù)雜性。通過(guò)查沖突矩陣表可知可以參考的發(fā)明原理有No.10預(yù)先作用原理、No.18機(jī)械振動(dòng)原理、No.26復(fù)制原理、No.35參數(shù)變化原理。

No.10預(yù)先作用原理是指另一件事件發(fā)生前，預(yù)先執(zhí)行該作用的全部或者一部分。減震器的工作原理就是一端受到?jīng)_擊力經(jīng)過(guò)彈簧或其他方式減震后將弱化沖擊后的力傳遞給另一端。而在減震器中可以通過(guò)下彈簧連接復(fù)合桿，復(fù)合桿連接上彈簧，并且預(yù)先在減震器中添加液體，通過(guò)彈簧受力伸縮、復(fù)合桿外伸的阻力板小孔與液體摩擦、阻力板在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中推動(dòng)的液體流動(dòng)復(fù)合作用來(lái)達(dá)到緩沖吸能的作用，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

No.26復(fù)制原理是通過(guò)復(fù)制來(lái)代替成本過(guò)高或者不方便使用的物體。在本減震器的設(shè)計(jì)中，除了彈簧起到減震作用外，另一個(gè)在減震器中起到重要作用的結(jié)構(gòu)就是阻力板，在減震器初步設(shè)計(jì)中設(shè)置有一個(gè)阻力板結(jié)構(gòu)，所以可以采用通過(guò)增加復(fù)合桿上阻力板的個(gè)數(shù)的方式來(lái)增加復(fù)合桿移動(dòng)時(shí)的阻力，當(dāng)只有一個(gè)阻力板時(shí)，一定體積的液體通過(guò)阻力板的小孔來(lái)產(chǎn)生阻力，如圖2所示當(dāng)有多個(gè)阻力板存在時(shí)，上述過(guò)程會(huì)重復(fù)多次，進(jìn)而可以提高減震器整體減震效果。

No.35參數(shù)變化原理就是通過(guò)改變對(duì)象或者系統(tǒng)的屬性來(lái)達(dá)到某些目的的方法。在本設(shè)計(jì)中，除了彈簧提供緩沖外就是套筒中的液體流過(guò)阻力板的小孔產(chǎn)生阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)緩沖吸能的功能，而液體粘性越大，其運(yùn)動(dòng)粘性越小，所能產(chǎn)生的阻力也就越小，相比于液壓油，水的粘性更小，所以本設(shè)計(jì)中套筒內(nèi)的液體采用水。而為了減少?gòu)?fù)合桿由于反復(fù)與水相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的腐蝕，可以通過(guò)預(yù)先在復(fù)合桿上增加抗腐蝕涂層來(lái)實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)以上分析，總體減震器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其工作原理是當(dāng)沖擊力傳遞給減震器下蓋后，減震器下蓋帶動(dòng)減震器套筒與其中的液體介質(zhì)向上運(yùn)動(dòng)，由下彈簧減緩部分沖擊，復(fù)合桿受到力之后向上運(yùn)動(dòng)，通過(guò)復(fù)合桿底部的展出的阻力板部分與水有相對(duì)向下的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)以及相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的阻力抵消，減緩沖擊。由上彈簧帶動(dòng)套筒向上運(yùn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)水向上運(yùn)動(dòng)，并對(duì)復(fù)合桿施加向下的力，增加水阻抵消沖擊的程度，進(jìn)而可以達(dá)到整體的吸收沖擊、減緩震動(dòng)的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]廣州市從化減震器廠. 雙助力摩托車后減震器：CN02248029.3[P]. 2003-08-27.

[2]江蘇振龍減震器有限公司. 電動(dòng)滑板車前減震器：CN202020746263.8[P]. 2021-03-12.

[3]王婉瑩，張金萍. 減震器的研究現(xiàn)狀[J]. 機(jī)械工程師，2020（5）：29-30，33.

[4]王日君，張敬凱，吳曉，等. 基于TRIZ的吊軌式自動(dòng)送餐設(shè)備的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J]. 科技創(chuàng)新與品牌，2020（1）：77-78. DOI：10.3969/j.issn.1673-940X.2020.01.026.

[5]張明勤，范存禮，王日君，張士軍.TRIZ入門100問(wèn)一TRIZ創(chuàng)新工具導(dǎo)引[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2012.

責(zé)編/馬銘陽(yáng)