机械创新设计论文.doc

TRIZ理论关于自行车的创新设计机械工程学院 10创新班 摘要随着科技的发展,生活质量的提高，消费者的需求更加多样化。自行车从1818年诞生开始，就没有停止过发展的脚步,现在已经演变为十几类造型、功能不同的自行车。自行车设计的发展趋势是多品种、小批量、个性化、市场反应快。任何产品开发与创新需要更丰富的跨学科知识体系，更完善的创新理论基础。创新设计通过抽象和联想，分解和综合，打破思维定式，从而为产品的设计提供创造性的设计方案。借用于计算机辅助设计技术和已有的模型，将有利于我们解决实际问题，大大提高创新的成功率。关键词自行车 创新设计 TRIZ 引言世界上第一辆真正意义上的自行车是法国人米狄德西弗拉克于1790年发明的两轮脚蹬自行车。链条式驱动装置是英国人丁斯塔利和劳森发明的。1888年英国人邓洛普将实心轮胎改为充气轮胎，是自行车变得更为轻便。但纵观自行车的发展史，由于没有系统的的理论指导，制造技术的相对落后，自行车的发展还是很缓慢的。在计算机技术高速发展和各种创新理论的支持下，我们希望能设计制造出更轻便，更节省能量的新概念的自行车。问题提出1， 变速自行车在下坡的时候存在卡链的现象，影响自行车的使用性能，因此，改善自行车的链条卡死问题是对自行车进行创新的一个方面；2， 自行车的重量相对较重，在需要人扶着进行前进的时候，要消耗很多能量，因此在保证自行车强度的同时减轻自行车的重量将是创新设计的一个重要方向；3， 自行车采用链传动，由已学过的机械原理和机械设计的知识可以知道，链传动的效率相对于齿轮传动，带传动，其效率也是比较低的，骑行过程中会损失较多的能量，从而我们就需要为自行车行走耗费更多的能量。因此，在对自行车进行改进和创新的时候，提高其机械效率也是很关键的设计4， 自行车体积相对较大，在需要对自行车进行托运或存放处理时，占据了较多的空间，对运输的高效性和存储空间的节约性较为不利。在当今社会，提高空间的利用率，减小自行车的体积，也是一个创新的方向。问题解决方案用TRIZ理论进行自行车创新设计，解决上面列举出来的问题，在减小自行车体积的同时不改变它使用时的基本形态，保证它的强度、稳定性和使用时的可靠性。利用TRIZ理论建立矛盾矩阵，得到问题的创新解决方案。改善的参数：形状，能量损失，静态物体的体积，结构的稳定性，静止物体的质量。恶化的参数：制造的精度，装置的复杂性通过TRIZ理论软件，输入参数，我们就可以找到其相应的标准解。抽出：从物体中抽出产生紊乱的部分或属性；从物体中抽出必要的部分或属性。动态法：自动调节物体，使其在各动作阶段的性能最佳；将物体分割成既可变位又可相互配合的数个构成要素；使不动的物体可动或相互交换。套叠法：把一物体嵌入另一物体，然后再嵌入另一物体中。曲线、曲面化法：将直线、平面变成弯曲的形状，将立方体变成椭圆体；使用滚筒、球状、螺旋状；改直线运动为回转运动,使用离心力。多维法：将做一维直线运动的物体变成二维平面运动；单层构造的物体变为多层构造；将物体倾斜或侧向放置。机械系统的替代法：用光学系统、听觉系统、嗅觉系统取代机械系统；使用与物体相互作用的电场、磁场、电磁场；场的取代：a）可变场与恒定场相取代；b）固定场与随时间变化的可动场相取代；c）随机场与恒定场相取代；把场与强磁粒子组合使用。部分超越法：所期望的效果难以100%实现时，在可以实现的程度上加大动作幅度，使问题简化。性能转化法：改变物体的凝聚状态、密度分布、可挠度、湿度等。复合材料法：用复合材料替代单一材料。将所得到的标准解与实际问题对应起来，我们就可以很容易的解决前面提到的四条自行车在创新过程中遇到的问题。问题1的解决方案：曲线、曲面化法：自行车在变速过程中出现的链条卡在变速链轮的现象，是由于在高速运动过程中链条不能很好的与链轮接触而滑落，还有一个很关键的原因是因为两齿数不同的链轮间的缝隙较大引起的，我们可以在缝隙处设计合理的曲线，是变速或者在链条由于高速滑落的时候，可以很好的过渡到下一级链轮，从而消除的卡链现象的发生，延长了链条和链轮的寿命，进一步提高了自行车的使用性能，有利于自行车的发展。问题2的解决方案：复合材料法：随着现代工业的发展，各种各样的材料的出现为生产制造业带来了新的革新。现在的自行车大多采用合金或者钢材制成，其质量相对较大，在空气中遇到的阻力也较大，采用新型材料可以大大减轻自行车车身的重量。用钛合金制造自行车的车架，稳定性好，强度高，不易氧化，抗腐蚀性和吸震性也非常好；碳纤维是一中补强的热固树脂，是一种非金属材料，其重量轻，可塑性大，耐劳性好，吸震效果佳，与金属材料有相同的强度和刚度，而且碳纤维还可以与铝合金胶合在一起。用钛合金或者碳纤维代替传统材料，会使自行车的重量大大减轻。问题3的解决方案：在一定得条件下，用齿轮传动代替链传动。链传动和齿轮传动都无弹性滑动，传动比准确，在对要求转速恒定的两轴和多轴传动，链传动和齿轮传动都比较适宜。在相同的条件下，齿轮传动比链传动的效率高。在空间限制有较小的中心距，瞬时传动比恒定，传动比大，噪声小的时候，我们可以采用齿轮传动。这也将是人们在使用自行车的时候会节约更多的能量。问题4的解决方案：套叠法：运用此方法可以实现自行车的折叠功能，不仅可以在传统的车架课折叠的基础上，对车把，脚蹬，车闸使用套叠法，是自行车的体积进一步减小。总体来说，自行车的体积大大缩减，将很好的解决