兼容机制使“无装配设计”成为现实。

微型发动机兼容机制集成了两个静电线性驱动器,90度不相驱动齿轮传动。
“对于各种各样的制造业来说,组装占一种产品总制造成本的50%以上,劳动力的40%以上。”

这一统计数据来自于1991年发布的Geoffrey Boothroyd的书籍,组装自动化和产品设计。这些数字今天仍然有效,并为没有大会(DNA)设计的方法具有努力降低装配和劳动成本的研究人员通过向单个部件制造进行,提供可靠的合规结构,具有更高的疲劳寿命。

十年前,密歇根大学(University of Michigan)机械工程学院(College of Mechanical Engineering)教授斯里达尔·科塔(Sridhar Kota)开始研究如何在不需要任何关节或装配的情况下实现机械运动。他对微机电系统(MEMS)产生了兴趣,MEMS是一种包含极小的机械元件、传感器和执行器的设备,与电子处理电路集成在一起。开发非常适合MEMS应用的兼容机制是Kota即将要做的事情。

“我想利用符合符合性的结构,就像一种机制一样,就像纸板容器中的半加仑牛奶一样,”哥达说。“喷口是一件不齿轮,没有关节。带有洗发水瓶的盖子也是如此。”

咖啡机的止回阀由三个部分重新设计成了一个部分。
柔顺机构是一种弹性结构,其无需关节以产生所需的力或位移。兼容的系统由一个或多个与执行器集成的机制组成。可用于创造柔性机制的材料包括多晶硅,铝,钢,钛,聚合物和复合材料。它们可以通过各种方法创建:电线EDM,水射流切割,注塑和冲压。

尽管柔顺系统很难设计,而且仅限于旋转和位移较小的应用场合,但其优点大于缺点,消除了装配要求和关节摩擦,同时为可伸缩和材料友好的形状变化结构创造运动。这些轻量化、低成本的系统还提供了卓越的精度和可重复性。

kota说,符合符合的系统可以携带到家电行业,因为,随时随地都有机电组件,可以应用于无组装的设计概念,以大大减少部件的数量。

事实上,科托在大学教授一堂课,称为全球市场的设计产品,来自世界各地的学生共同努力创造零件较少的产品。项目包括搅拌机,咖啡机,加湿器和果汁提取器。

由学生Konstantinos Boukouris设计,Bradford Lamiman,Edward Moradian和Adam Ouimet,被重新设计成更具成本效益,同时保持高质量。使用捕捉配合和柔顺机制,减少了部件的数量。柔性机构是咖啡接地支架中的单部分止回阀,最初是三个部分。

Kota比较了顺从机制和自然的设计,说在自然中,设计是强大和顺从的,而不是僵硬的。他说,大自然的运动和力的传递依赖于顺应性。“看蜂鸟扇动翅膀的速度,”Kota说。“蚱蜢在跳跃前将能量储存在关节中。海星利用弹性运动。这些都是自然如何利用弹性变形的例子。”

这个单件装置是柔顺机构的一个简单例子。该装置可以安装在喷雾罐上,并通过挤压大杠杆来操作。
2000年,Kota与美国空军签订了一份小型商业合同,据此,他在密歇根州安阿伯市创办了FlexSys公司。在那里,他可以应用自己的研究。Kota和Hetrick开发了一种算法来优化柔顺结构,这种结构需要最小的能量来变形为所需的形状,但在外部负载下仍然很僵硬。Kota目前正与其他五家公司合作,利用结构弹性制造飞机机翼。

KOTA在挡风玻璃刮水器上有悬挂,可以在一步中注塑。刮水器的功能与其多部分对应物的功能相同,初始成本研究表明,一体式刮水器将花费一半的时间和传统的刮水器产生一半。

“在传统的设计中,一切都必须强壮而僵硬,”哥达说。“如果您利用弹性物业,您可以获得更精确的运动。没有磨损,没有摩擦,没有关节。”