40个发明原理

前言•在远古时期，我们的祖先曾经应用这些原理创造了震惊世界的奇迹；•在现代，无数的应用实例告诉我们：“万变不离其中”，“事物在变化，应用原理没有变”；•在今天和未来，这些原理将继续指导我们去进行开拓！创新！•阿奇舒勒明确指出：“解决发明问题过程中所寻求的科学原理和法则是客观存在的，大量发明面临的局部问题和矛盾也是相同的，同样的技术发明原理和相应的解决问题的方案，会在后来的一次次创新课题中被重复应用，只是被应用的技术领域不同而已。”1表5－340个创新原理01、分割原理02、抽取原理03、局部特性原理04、不对称原理05、组合原理06、多功能原理07、嵌套原理08、反重力原理09、预先反作用原理10、预先作用原理11、预置防范原理12、等势原理13、逆向运用原理14、曲面化原理15、动态化原理16、不足或过度作用原理17、多维化原理18、振动原理19、周期性作用原理20、有效连续作用原理21、急速作用原理22、变害为益原理23、反馈原理24、中介原理25、自服务原理26、复制原理27、一次性用品替代原理28、替代机械系统原理29、气压或液压结构原理30、柔性壳体或薄膜结构替代原理31、多孔物质原理32、变换颜色原理33、同质化原理34、自弃与再生原理35、物理参数变化原理36、相变原理37、热膨胀原理38、强氧化作用原理39、惰性介质原理40、复合物质原理201分割（分离）•大鼎带耳高133厘米，长110厘米，宽78厘米，重达875公斤。庞大器物，分块浇铸。司母戊鼎3A将一个物体分割成几个独立的部分•现代应用实例：为垃圾的回收分门别类地设置多个不同的回收箱。大货车分割成独立的车头与车厢发射中的M270和正在爆裂的M270子母弹4B将物体分成可拆卸的几部分•现代应用实例：组合家具活动房屋5C提高物体的分割程度•现代应用实例：活动百叶窗取代整幅大窗帘大型平板玻璃批量生产线上的辊轴传输线由单个滚轴向多个滚轴直至用盛满熔化锡的槽子来替代熔化锡玻璃6钢筋混凝土梁的运输（美国专利：6,581,343）工程背景：钢筋混凝土梁广泛用于民用和工业建筑。往往是在工厂造好以后，才运送到工地。过宽的单段工字型钢筋混凝土梁在公路上运输时需要专用的运输车辆。在许多情况下，（尤其是狭窄路面或山区）预制混凝土梁的运输都是个大问题。单组钢梁路面的最大宽度7钢筋混凝土梁的运输应用分割原理将预制钢筋混凝土梁分成容易组装和拆卸的两部分。钢梁分成两半一半钢梁另一半钢梁平底板加强柱螺母螺栓802抽取原理海拔1612米武夷山主峰大殿的避雷装置9A抽出物质中的“负面部分”或属性将物质中不需要的部分或有妨碍的性质抽取出来•现代应用实例：•干燥剂、冰箱除味剂将潮气和异味抽出。医学透析治疗为防止病人过多地接触X光，一个特殊设计的铅屏使X光只射在必需的部位10B抽取物质中必要的、有用的部分或属性现代应用实例：•用光纤或光波导分离主光源，以增加照明点；•成分献血，只采集血液中的血小板；•微波滤波器；飞机的副油箱（进入战斗时，抛弃副油箱）手机中的SIM卡1103局部特性原理•三个金人哪个最有价值？12A将物体（或外部环境、外部作用）由同类结构变成异类结构•现代应用实例：晶体定向生长、氮化、扩散过程的温度梯度代替恒定、均一的温度。USB接口腿部残疾人的鞋(高度不一样)凸轮机构矿井中为减少粉尘用是喷水装置向煤矿巷道里喷水，水滴越小，防尘效果越好，但微小水滴易形成雾，造成现场工作困难。解决的办法是：喷水枪是由形成沿着小水滴外加一层大水滴组成的锥形面。13B使物体的不同部分具有不同功能•现代应用实例：•有轨电车具有用以沿轨道运动的金属轮和用于在无轨地段运行的普通汽车轮，沿轨道运行时，普通汽车轮作为推进装置，而金属轮用来控制运动方向。带多种常用工具的瑞士军刀计算机键盘尘土过滤器内层过滤器（进一步过滤孔稍小）外层过滤器（初过滤孔稍大）14C物体的各部分都处于最有利于执行工作的条件下现代应用实例：太阳能硅电池随动装置，用以获取太阳的最好照射工具箱超声波钻孔机为降低温度，核心部分用导热材料，外围部分用耐磨材料1504不对称性原理•6000年前的穿绳提水陶罐18A将物体的形状由对称变为不对称•现代应用实例：•为改善密封性，将O型密封圈的截面由圆形改为椭圆形；•在搅拌容器中，使用不对称形的搅拌叶片；电插头(引入形状不对称用于吸引人们的注意来防止不正确的使用)19B已经是不对称形状的物体，进一步加大其不对称的程度•现代应用实例：底部呈斜面的液化气罐一旦燃气快用完时，燃气罐会自动发生倾斜电力冶炼炉电极非对称地置于炉中，以方便矿石的送入和金属溶液的流出2005组合原理•战国时期，我国的青铜铸剑21A在空间上将同类的或相邻的或辅助的操作物体组合在一起•现代应用实例：•将多层玻璃用水粘合在一起，便于磨削加工；•组合音响设备（收音机、CD、磁带等）•水陆两用汽车；集成电路板上的多个电子芯片22B将时间上相同的或相近的或辅助的操作物体组合在一起•现代应用实例：•利用生物芯片可同时化验多项血液指标；•摄影机在拍摄影象时同时录音；•计算机反病毒软件在扫描病毒的同时完成隔离、杀毒、移动/复制文件等操作。冷热水混和龙头；坑道里装有喷嘴的掘进器将热蒸汽喷向冻土以便采掘2306多功能原理石刃石斧24使一物体具有能替代其它物体的多项功能•现代应用实例：•门铃和烟气报警器组合；•多用途可折叠沙发床；•带有圆珠笔的教鞭；•具有扫描、传真和复印功能的打印机；•带电击器的手电筒；•便携水壶的盖子同时也是水杯。牙刷的把柄内装牙膏门铃和烟气报警器组合2507嵌套•早在宋代出现中空、可转动的双层象牙雕26A把一个物体嵌入第二个物体，然后将这两个物体再嵌入第三个物，依此类推•现代应用实例：•伸缩式天线；•液压起重；•伸缩式钓鱼杆；俄罗斯套娃悬浮式储油箱可同时存储不同型号的原油27B使一物体穿过另一物体的空腔•现代应用实例：•手机书写笔（平时插入机体上专用的孔中）;•汽车平台上的起重机的伸缩起重臂。•折刀和可伸缩刀；滑行门/推拉门教鞭笔2808反重力原理•曹操称象29A将物体与另一具有升力的物体组合，来补偿物体的重量•现代应用实例：•气球、降落伞、飞艇、船、潜水艇等。用氦气球悬挂广告条幅救生圈30B利用外部环境（空气动力或流体动力或其它力）来补偿物体的重量•现代应用实例：•风力发动机离心制动性转速调节器——将调节器的负载制成可产生气动力制动作用的桨叶形，安装在转子的垂直轴上，在风增大时，将发动机转子的转速控制在一个限定的范围•在月球车轮胎里设置球形重物，用以降低月球的重心，保持月球车的稳定性。•水翼船、潜水艇轮船(应用水上浮力承载重物)有浮力的材料制作毛笔笔杆31巨大船坞的建造（美国专利：3,942,460）工程背景：装配船体通常在造船厂进行。在陆地上建立装配大型船只的大型造船厂，要建立巨大的干船坞，成本过高。32巨大船坞的建造建立水上船坞利用水的浮力来实现重量补偿33浮式船坞浮式船坞大型船坞装着潜艇3409预先反作用•元代(1316年)所制有着三级漏壶的浮箭式刻漏35A按需要完成的作用预先完成反作用针对需要完成的作用而可能出现的不利因素，预先施加反作用，用以防范其不利因素的产生。现代应用实例：•在建造铁道时，在铁道路基转弯处，向转弯产生离心力方向的一侧倾斜。内有波纹层的包装箱纸板在制作时使其波纹层和表面层反向弯曲，当胶水干燥后，纸板即可达到平直状态36B对处于受拉伸状态的物体，给予预先施加压力•现代应用实例：•为使混凝土在拉伸状态下很好地工作，预先通过压缩的方法将其缩短（提供预应力）在灌注混凝土之前，对钢筋施加应力3710预先作用•在南宋末年，在蒙古军队攻占襄阳的战斗中，首次使用了半自动投射的抛石车襄阳炮38A预先部分或全部完成物体所需的作用•现代应用实例：•邮票打孔；不干胶粘贴（预先将塑料带粘上胶制成“胶带纸”，到时可随用随扯）为了解决铁道枕木易于腐朽的问题，预先給树木刷上渗透漆39B预置物体，一旦需要时能及时地从最方便的位置发挥作用•现代应用实例：•为解决马路两旁树木的浇灌，在树底土壤中预先埋入水管；•道路转弯、分岔或出口处设置的预先提示牌；•手机预设单键拨号功能；在停车场安置的咪表预付费系统打石膏时预置锯片4011预置防范•扁鹊论三兄弟医术41对可靠性较低的物体预置紧急防范措施•现代应用实例：•图书中的防盗磁卡；•汽车安全气囊；•码头边上的防撞轮胎；•电闸盒里的保险丝。应急楼梯/防火通道备用降落伞4212等势•重达46.5吨的永乐大钟悬挂在二层钟楼上43改变工作条件，减少物体的提升或下降现代应用实例：•三峡大坝的水闸利用注水系统调整水位差；•方便轮椅通行的无障碍通道；•为方便汽车维修设置的地槽；工厂中自动运料小车与操作台同高的传送带运送大型预制混凝土管的卡车带轮子的“车臂”穿过管子使它稍离地面，即可起运4413逆向运作•春秋战国时期，楚国有个卖兵器的人，在市场上把矛和盾放在一起叫卖的传说。从1901年的“吹尘器到“吸”尘器（赫伯布斯）45A不以常规的要求作用，而是用相反的作用来替代•现代应用实例：•在切割金属时，按常规，用冷却液浇在刀具和被加工件的表面上进行冷却。然而，采用局部冷却工具的工艺，同时给予局部激光，可以大大改善金属切割的质量和经济性。•采用冷却内置件的方法，使两个套紧的物体分离，而不是用加热外层的物体。生产夹心巧克力糖46B把物体(或过程)上下翻转或倒置•现代应用实例：•把杯子倒置，从下边喷入水来进行清洗；•切割时，为使粒屑不落到零件上，将刀具安装在加工件下冰箱滑轮的应用47实例：让机器人倒过来放•改用机器人来操纵机床，刚安装好的机器人，以闪电般的速度完成所有的工作流程。但是，工作半小时后，机器人就停下来了，其罪魁祸首是掉落在机床运动部件上的铁屑，工人一般会不断地用刷子扫除铁屑，以保持机床的清洁和连续性工作，但对机器人该怎么解决呢？•把机床和机器人倒过来，当产品作用对象和地板之间没有机床的时候，铁屑只能掉在地板上，问题也就迎刃而解了。48C把通常活动部分变为不活动的，把通常不活动的部分变为活动的•现代应用实例：“游泳跑步机”(2.6X5.2)零件放置台铁水槽铸造大型薄壁零件装置按常规，铸件是处于静止状态，当铸造大型薄壁铸件时，让装有铁水的浇杯静止，而让装有铸型的工作台运动。跑步机加工中心将工具旋转改为工件旋转49防暴盾（美国专利：6,622,607）工程背景：手持式防弹盾牌仅能够保护使用人员的部分身体。为了防护整个身体，盾牌的面积必须增大。但是，增大盾牌面积会使得盾牌变得沉重、巨大，而且不便于使用。旧式手提防暴盾因面积小不足以防护全身加大盾的面积会使盾变得很沉重使用不便50新型手持防暴盾用与原来相反的动作达到相同的目的(手持式防弹盾牌必须携带使用。反向作用原理建议：使用防弹盾牌时不必携带。)新型的防暴盾滚轮5114曲面化原理•494～497年的南北朝，祖冲之制造了一艘改进的船只，有可以旋转的桨轮（取代直线划的船桨），它不用风力，一天能行很远，被称为“千里船”52A将直线或平面变成曲线或曲面，将立方形结构变成球形结构•现代应用实例：莫比乌斯杯；在建筑上使用弧形、拱形代替直线形两表面间引入圆角，减少应力集中飞机场上的圆形跑道有无限的长度转动的实验室桌（变直线为旋转）53B利用柱状、球状和螺旋状的结构•现代应用实例：•圆珠笔和钢笔的球形笔尖，使书写流畅；•安装在不同高度的机床之间进行零件自动升降传送装置是按一定的角度以螺旋状的形式，以便消除零件传送过程中产生的加速转椅底部安装球形轮，以利移动犁头由刀片式改为滚筒式使工作效率提高1倍54C将线性运动变成回转运动利用其产生的离心力•现代应用实例：•为提高耐磨性，点焊电极制成旋转滚轮的形式。洗衣机（通过高速旋转，产生离心力来去除衣物上的水分）油井架装有80～90米的转轮5515动态化原理•公元4世纪前《西京杂记》一书中提到了“被中香炉”56A改变物体或外部环境，使在作用的任何阶段，均能达到最佳性能•现代应用实例：•汽车可调节式方向盘、座位、后视镜等；•所有车轮都能转向的汽车。•