基于TRIZ原理设计自行车刹车装置

用于停止或减慢自行车速度的刹车装置有很多种。出于经济或方便的原因，卡尺或杠杆类型刹车是最常见的。当操作者按下手柄时，刹车将抓住自行车轮圈。这种刹车装置通常由安装在刹车框架内的两个制动片组成，它们相对安装在轮辋的两侧。制动器通过摩擦刹车与轮辋接触。

图一 自行车刹车结构

显然，当表面潮湿或抛光时，接触面将具有较小的摩擦系数，从而具有较小的刹车力。或者杠杆式卡尺刹车没有保护装置，很容易被天气损坏。此外，水膜或砾石会降低摩擦系数。事实上，自行车的设计标准要么是干地，要么是湿地。因此，有必要设计一种适用于任何天气并确保安全驾驶的a 刹车型。这样就需要TRIZ来解决系统矛盾。

系统冲突的计算:

为了得到正确的公式，需要重新分析系统冲突和设计要求。所讨论系统的要求简单定义如下:

制动器适用于任何气候条件，避免了轮辋过度磨损。而且，制度本身也不能改变太多。

开发适合任何气候条件的自行车刹车这个问题可以从两个角度来评估。第一个想法是刹车由适合气候条件的材料制成，无论是干的还是湿的，用户应该在不同的天气下更换不同的刹车材料。其次，当轮辋被水膜或砾石覆盖时，在干燥或潮湿条件下会有不同的性能。因此，在找到核心问题之前，解决这个问题并不容易。然而，解决矛盾问题的常用方法可以简单地表述如下:

1.通过改变或调整刹车，在干燥或潮湿条件下的可靠性得到提高。但是使用起来不方便。

2.通过调整技术参数，如刹车和rim，提高任何条件下的稳定性。

通过使用阿利特·舍雷尔的矛盾矩阵和40个发明原理，人们不必在系统的矛盾中妥协。包含矛盾的问题可以在矛盾矩阵中再次陈述如下:

A.性能的“可靠性”导致性能的“便捷性”下降。

B.性能“稳定”导致性能“有害副作用”。

从矛盾矩阵“可靠性/便利性”中，我们可以看到三个发明原理。如下图所示:

1． 便宜的短期使用的物体代替昂贵的持久使用的（27） 

2． 转向另一个维度（17） 

3． 复合材料（40） 

重复以上步骤，得到关于“稳定性/有害副作用”的技术矛盾。建议的发明原理如下:

1． 改变物体的物化性能（35） 

2． 媒介（24） 

3． 柔性或者膜（30） 

4． 机械震动（18） 

概念设计

考虑到系统要求，尝试同时使用“复合材料”和“介质”是可行的。

“复合材料”的原理是:

“用复合材料代替均匀材料”

“媒体”的原则是:

"使用中间对象来传递或执行功能"

将一个对象与另一个易于短时间移除的对象连接起来。

一个单独的刹车结构是上述“复合材料”原理的应用。这是一种克服可靠性和方便性之间矛盾的便捷方法。一位名叫理查德·埃弗雷特的美国人申请了这项专利，并于1999年获得通过。该装置由两种不同的弹性橡胶组成，分别适用于干燥和潮湿条件。

通过结合“复合材料”和“介质”，可以获得理想的设计，并获得专利。如图3所示，刹车前端安装了一个可移动的软橡胶，通过弹簧调节倾斜度。将橡胶面移动到离轮辋预设距离的位置。刹车，移动橡胶首先接触轮辋，擦去水膜、沙子和灰尘。刹车当皮革接触到轮圈时，在任何天气条件下都能产生同样的效果。就这样，TRIZ成功解决了这个系统矛盾问题。

结论:

本研究讨论了自行车刹车的系统要求。正确建立了解决制度矛盾的公式。美国专利中所谓的研究实例充分证明了矛盾矩阵给出的结果是一个非常突出的创新工具。通过对阿列特殊列尔矛盾矩阵给出的不同系统矛盾的发明原理的组合，获得了一个可以在任意气候条件下适用的刹车概念。