基于TRIZ的减震器的创新设计

王日君　李壮

摘要：针对目前弹簧减震器的减震性能不足，而减震性能更好的液压减震器和气压减震器中的内外腔结构和阀门系统结构比较复杂的问题，通过分析现有问题并利用TRIZ理论中的冲突矩阵与发明原理，分别运用预先作用原理、复制原理、参数变化原理进行分析设计出一款减震性能相对较高、结构相对简单的减震器。

关键词：TRIZ;减震器;冲突矩阵;发明原理

1  引言

减震器装置可以用来减少力传递过程中冲击与震动，我们熟知并且常见的减震器广泛运用于汽车、特种车辆、舰船和有一些减震需求的器械上，甚至在电动车，自行车上也会通过一些简易的减震装置来为我们的出行增加舒适度[1][2]。但是目前机械式减震器中普通的弹簧减震器的减震性能不够理想，性能更好的液压、气压减震器中的内外腔结构和阀门系统增加了结构复杂性，而近些年出现的磁流体减震器价格相对昂贵，所以需要一款减震性能相对较高、而结构相对简单的减震器[3]。

2  TRIZ发明原理

发明问题解决理论（TRIZ）作为一种有效的创新设计理论与方法，起源于前苏联，而后发展于欧美，是由阿奇舒勒在研究了大量专利后所得到的一种普适性理论。TRIZ理论经过了多年的发展与完善，目前已经在众多外国大型企业中应用于设计研发产品，其可以有效提升人们的创新能力并且可以快速解决众多行业的技术与管理难题。TRIZ主要包括40个发明原理，分离原理，76个标准解等九大体系，本文主要应用40个发明原理对减震器进行改进设计与分析。使用发明原理解决问题的应用流程是首先对现有实际问题进行分析，将一般性问题转化为标准的技术冲突，由冲突矩阵查找相应的发明原理，依据所得到的发明原理，结合领域经验，最终分析得到相应的解决方案。

3  基于发明原理的减震器的创新设计

目前应用较广的减震方式一般有弹簧减震、液压减震、气压减震几种主要形式，而目前一般在自行车，电动车上通常使用纯弹簧减震，虽然机构简单，但是当使用者骑行通过凹凸路面时颠簸感依然较大，减震效果不夠理想，而在减震要求更高的机械中一般采用结构更复杂、性能也更好的液压减震器或者是气压减震器，所以想要提高减震器性能，就会导致减震器结构复杂化。通过以上分析可知改善的参数是No.10力，而恶化的参数是No.36系统的复杂性。通过查冲突矩阵表可知可以参考的发明原理有No.10预先作用原理、No.18机械振动原理、No.26复制原理、No.35参数变化原理。

No.10预先作用原理是指另一件事件发生前，预先执行该作用的全部或者一部分。减震器的工作原理就是一端受到冲击力经过弹簧或其他方式减震后将弱化冲击后的力传递给另一端。而在减震器中可以通过下弹簧连接复合杆，复合杆连接上弹簧，并且预先在减震器中添加液体，通过弹簧受力伸缩、复合杆外伸的阻力板小孔与液体摩擦、阻力板在运动过程中推动的液体流动复合作用来达到缓冲吸能的作用，其内部结构图如图1所示。

No.26复制原理是通过复制来代替成本过高或者不方便使用的物体。在本减震器的设计中，除了弹簧起到减震作用外，另一个在减震器中起到重要作用的结构就是阻力板，在减震器初步设计中设置有一个阻力板结构，所以可以采用通过增加复合杆上阻力板的个数的方式来增加复合杆移动时的阻力，当只有一个阻力板时，一定体积的液体通过阻力板的小孔来产生阻力，如图2所示当有多个阻力板存在时，上述过程会重复多次，进而可以提高减震器整体减震效果。

No.35参数变化原理就是通过改变对象或者系统的属性来达到某些目的的方法。在本设计中，除了弹簧提供缓冲外就是套筒中的液体流过阻力板的小孔产生阻力来实现缓冲吸能的功能，而液体粘性越大，其运动粘性越小，所能产生的阻力也就越小，相比于液压油，水的粘性更小，所以本设计中套筒内的液体采用水。而为了减少复合杆由于反复与水相对运动所产生的腐蚀，可以通过预先在复合杆上增加抗腐蚀涂层来实现。

通过以上分析，总体减震器的结构如图3所示，其工作原理是当冲击力传递给减震器下盖后，减震器下盖带动减震器套筒与其中的液体介质向上运动，由下弹簧减缓部分冲击，复合杆受到力之后向上运动，通过复合杆底部的展出的阻力板部分与水有相对向下的运动趋势以及相对运动所产生的阻力抵消，减缓冲击。由上弹簧带动套筒向上运动进而带动水向上运动，并对复合杆施加向下的力，增加水阻抵消冲击的程度，进而可以达到整体的吸收冲击、减缓震动的作用。

参考文献

[1]广州市从化减震器厂. 双助力摩托车后减震器：CN02248029.3[P]. 2003-08-27.

[2]江苏振龙减震器有限公司. 电动滑板车前减震器：CN202020746263.8[P]. 2021-03-12.

[3]王婉莹，张金萍. 减震器的研究现状[J]. 机械工程师，2020（5）：29-30，33.

[4]王日君，张敬凯，吴晓，等. 基于TRIZ的吊轨式自动送餐设备的改进设计[J]. 科技创新与品牌，2020（1）：77-78. DOI：10.3969/j.issn.1673-940X.2020.01.026.

[5]张明勤，范存礼，王日君，张士军.TRIZ入门100问一TRIZ创新工具导引[M].北京：机械工业出版社， 2012.

责编/马铭阳