基于TRIZ的減震器的創新設計

王日君　李壯

摘要：針對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外腔結構和閥門系統結構比較復雜的問題，通過分析現有問題并利用TRIZ理論中的沖突矩陣與發明原理，分別運用預先作用原理、復制原理、參數變化原理進行分析設計出一款減震性能相對較高、結構相對簡單的減震器。

關鍵詞：TRIZ;減震器;沖突矩陣;發明原理

1? 引言

減震器裝置可以用來減少力傳遞過程中沖擊與震動，我們熟知并且常見的減震器廣泛運用于汽車、特種車輛、艦船和有一些減震需求的器械上，甚至在電動車，自行車上也會通過一些簡易的減震裝置來為我們的出行增加舒適度[1][2]。但是目前機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、氣壓減震器中的內外腔結構和閥門系統增加了結構復雜性，而近些年出現的磁流體減震器價格相對昂貴，所以需要一款減震性能相對較高、而結構相對簡單的減震器[3]。

2? TRIZ發明原理

發明問題解決理論（TRIZ）作為一種有效的創新設計理論與方法，起源于前蘇聯，而后發展于歐美，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理論經過了多年的發展與完善，目前已經在眾多外國大型企業中應用于設計研發產品，其可以有效提升人們的創新能力并且可以快速解決眾多行業的技術與管理難題。TRIZ主要包括40個發明原理，分離原理，76個標準解等九大體系，本文主要應用40個發明原理對減震器進行改進設計與分析。使用發明原理解決問題的應用流程是首先對現有實際問題進行分析，將一般性問題轉化為標準的技術沖突，由沖突矩陣查找相應的發明原理，依據所得到的發明原理，結合領域經驗，最終分析得到相應的解決方案。

3? 基于發明原理的減震器的創新設計

目前應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，電動車上通常使用純彈簧減震，雖然機構簡單，但是當使用者騎行通過凹凸路面時顛簸感依然較大，減震效果不夠理想，而在減震要求更高的機械中一般采用結構更復雜、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，就會導致減震器結構復雜化。通過以上分析可知改善的參數是No.10力，而惡化的參數是No.36系統的復雜性。通過查沖突矩陣表可知可以參考的發明原理有No.10預先作用原理、No.18機械振動原理、No.26復制原理、No.35參數變化原理。

No.10預先作用原理是指另一件事件發生前，預先執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沖擊力經過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下彈簧連接復合桿，復合桿連接上彈簧，并且預先在減震器中添加液體，通過彈簧受力伸縮、復合桿外伸的阻力板小孔與液體摩擦、阻力板在運動過程中推動的液體流動復合作用來達到緩沖吸能的作用，其內部結構圖如圖1所示。

No.26復制原理是通過復制來代替成本過高或者不方便使用的物體。在本減震器的設計中，除了彈簧起到減震作用外，另一個在減震器中起到重要作用的結構就是阻力板，在減震器初步設計中設置有一個阻力板結構，所以可以采用通過增加復合桿上阻力板的個數的方式來增加復合桿移動時的阻力，當只有一個阻力板時，一定體積的液體通過阻力板的小孔來產生阻力，如圖2所示當有多個阻力板存在時，上述過程會重復多次，進而可以提高減震器整體減震效果。

No.35參數變化原理就是通過改變對象或者系統的屬性來達到某些目的的方法。在本設計中，除了彈簧提供緩沖外就是套筒中的液體流過阻力板的小孔產生阻力來實現緩沖吸能的功能，而液體粘性越大，其運動粘性越小，所能產生的阻力也就越小，相比于液壓油，水的粘性更小，所以本設計中套筒內的液體采用水。而為了減少復合桿由于反復與水相對運動所產生的腐蝕，可以通過預先在復合桿上增加抗腐蝕涂層來實現。

通過以上分析，總體減震器的結構如圖3所示，其工作原理是當沖擊力傳遞給減震器下蓋后，減震器下蓋帶動減震器套筒與其中的液體介質向上運動，由下彈簧減緩部分沖擊，復合桿受到力之后向上運動，通過復合桿底部的展出的阻力板部分與水有相對向下的運動趨勢以及相對運動所產生的阻力抵消，減緩沖擊。由上彈簧帶動套筒向上運動進而帶動水向上運動，并對復合桿施加向下的力，增加水阻抵消沖擊的程度，進而可以達到整體的吸收沖擊、減緩震動的作用。

參考文獻

[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. 減震器的研究現狀[J]. 機械工程師，2020（5）：29-30，33.

[4]王日君，張敬凱，吳曉，等. 基于TRIZ的吊軌式自動送餐設備的改進設計[J]. 科技創新與品牌，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問一TRIZ創新工具導引[M].北京：機械工業出版社， 2012.

責編/馬銘陽