Bird Precision-應(yīng)對(duì)小型化的挑戰(zhàn) 寶石氣阻
必須在極小空間內(nèi)運(yùn)行的液壓系統(tǒng)通常每磅的性能要求高于許多倍于其尺寸的重型系統(tǒng),。
功率密度是指一個(gè)系統(tǒng)或組件在規(guī)定的包絡(luò)內(nèi)傳輸?shù)墓β省8吖β拭芏仁且簤合到y(tǒng)最有用的特性之一,。內(nèi)部包含的加壓流體
液壓缸可以快速,、準(zhǔn)確地移動(dòng)重達(dá)數(shù)千磅的負(fù)載,所有這些都需要幾乎毫不費(fèi)力地轉(zhuǎn)動(dòng)控制桿或操縱桿,。
當(dāng)組件變得小型化時(shí),,即使系統(tǒng)在更高的壓力下運(yùn)行,高功率密度也變得更難維持,。如果液壓系統(tǒng)不能在高壓下運(yùn)行,,它們將失去高功率密度的優(yōu)勢(shì),而可以使用有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù),,如機(jī)電系統(tǒng),。
然而,更高的壓力通常需要更強(qiáng),、更重的部件,。這就需要更厚的壁和活塞桿,,這與小型化的目標(biāo)背道而馳
更小的規(guī)模:更大的挑戰(zhàn)
切割零部件的尺寸并不一定能按比例減少摩擦。因此,,隨著組件變得更小,,需要更高的壓力和流量來(lái)產(chǎn)生與較大組件相同的單位體積功率。例如,,由于較高的操作壓力,,密封摩擦通常會(huì)增加。這意味著,,對(duì)氣缸施加雙倍的壓力不會(huì)使其推力加倍,。
在更基本的層面上,減小圓形活塞的直徑會(huì)使表面積呈指數(shù)級(jí)減少,。
然而,,只有周長(zhǎng)出現(xiàn)線性減小。由于活塞密封接觸面積是圓周的函數(shù),,減小氣缸的尺寸會(huì)增加與推力成比例的密封摩擦
內(nèi)部泄漏也會(huì)導(dǎo)致功率損失,。
如果小型氣缸的間隙與大型氣缸的間隙相同,則小型氣缸的內(nèi)部泄漏會(huì)導(dǎo)致更多流量損失,。這
內(nèi)部泄漏不僅會(huì)降低致動(dòng)器的速度,,還會(huì)降低推力。因此,,微型部件必須制造得非常緊湊
公差,,以保持高的操作效率和性能。但是制造公差更嚴(yán)格的部件會(huì)增加成本,。此外,,這些部件的間隙減小需要更密集的過(guò)濾,以防止污染顆粒堵塞,、堵塞或損壞微型部件,。
更高的性能而不需要更高的成本
解決這些挑戰(zhàn)的辦法似乎很簡(jiǎn)單:微型組件將花費(fèi)更多的錢。在許多情況下都是如此,,尤其是當(dāng)組件必須進(jìn)行自定義設(shè)計(jì)時(shí),。這些特別的
案件可能涉及:
提供最高強(qiáng)度材料的組件
采用優(yōu)良的制造技術(shù)

圖1.精密公差的嚴(yán)格控制對(duì)小型部件至關(guān)重要,因?yàn)?.1301英寸的偏差允許0.020英寸內(nèi)徑孔板5%的誤差,。車轍——如果孔口的內(nèi)徑只有0.005英寸,,那么同樣的0.001英寸偏差會(huì)產(chǎn)生20%的誤差。
小型液壓裝置
將部件加工至千分之一百英寸的公差
可用的最高性能過(guò)濾系統(tǒng)
然而,,出于經(jīng)濟(jì)的簡(jiǎn)單原因,,大多數(shù)設(shè)計(jì)師都盡量避免自定義設(shè)計(jì)的組件。
幸運(yùn)的是,,許多制造商采用了創(chuàng)新技術(shù),,以提供微型系統(tǒng)所需的高性能,,而不會(huì)帶來(lái)高昂的成本
孔口提供一致的精度
在任何行業(yè)中,降低成本的一個(gè)基本方法是大量生產(chǎn)零部件,。問(wèn)題是,,并不是所有的制造工藝都適合大批量生產(chǎn)。一個(gè)流孔,,
圖1必須仔細(xì)加工成精確的直徑,,與安裝它的通道同心,并表現(xiàn)出高度的圓度,。此外,,它應(yīng)該由堅(jiān)硬耐磨的材料制成,以確保使用壽命長(zhǎng)
通常,,這些節(jié)流孔調(diào)節(jié)氣缸,、閥門和回路分支中的液壓流體流量,。提供
可預(yù)測(cè),、精確的流量,鋒利的孔口必須從一個(gè)部件到下一個(gè)部件具有一致的流量系數(shù)(Cd),。因此,,從一個(gè)孔到下一個(gè)孔,每個(gè)孔的開(kāi)口必須具有相同的尺寸,、形狀和位置,。
施工材料選擇不當(dāng)使孔口性能進(jìn)一步復(fù)雜化。即使鋼或黃銅孔板的制造精度一直很高,,這些材料也會(huì)很快磨損,,再次影響其Cd。這一點(diǎn)在微型液壓系統(tǒng)通常具有較高工作壓力的情況下尤為重要,,因?yàn)殡S著壓力的增加,,磨損會(huì)加速。
Baillio提出了一種金屬絲研磨方法,,作為傳統(tǒng)孔加工的替代方法,。這種方法包括在孔口毛坯上切割一個(gè)導(dǎo)向孔,然后將導(dǎo)線穿過(guò)導(dǎo)向孔,。
當(dāng)金屬絲穿過(guò)孔時(shí),,引入金剛石漿會(huì)產(chǎn)生公差變化為0.0002英寸的孔,邊緣非常鋒利,,呈鏡面狀
表面光潔度為2µ-in,。除了生產(chǎn)非常精確的孔板外,該工藝也很經(jīng)濟(jì),,因?yàn)橐淮斡袛?shù)千個(gè)孔板經(jīng)過(guò)螺紋加工和搭接,。
Baillio解釋說(shuō),,即使在20000的壓力下,使用合成紅寶石材料也能確保高耐磨性,。紅寶石的合成特性使孔口經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,,并將其安裝在各種標(biāo)準(zhǔn)配置中,使其在廣泛的應(yīng)用中經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,。
它們從一個(gè)孔口到另一個(gè)孔口的一致性意味著它們不必成對(duì)安裝以提供平衡的性能,。

圖2。傳統(tǒng)的雙作用氣缸(左)消耗大量空間來(lái)容納頭部和蓋端的接頭和軟管,。
底部端口氣缸,,右側(cè),通過(guò)將入口和出口定位在蓋端來(lái)減少包絡(luò),。
如上所述,,過(guò)濾在微型液壓系統(tǒng)中尤為重要,以防止固體污染物堵塞通常狹窄的通道和緊密的間隙,。即使實(shí)施了精細(xì)過(guò)濾,,污染物仍可能被引入過(guò)濾器的下游。如果不加以控制,,這些顆??赡軙?huì)滯留在狹窄的通道或狹窄的間隙中,導(dǎo)致系統(tǒng)故障或損壞,。
保護(hù)系統(tǒng)和組件免受此類故障影響的一種流行方法是在關(guān)鍵組件的入口安裝一個(gè)濾網(wǎng),,如圖4a所示。
這些濾網(wǎng)有時(shí)被稱為“最后機(jī)會(huì)過(guò)濾器",,旨在捕獲超過(guò)濾網(wǎng)孔大小的顆粒,。除了制造成本高之外,這些濾網(wǎng)一旦堵塞,,通常也會(huì)出現(xiàn)故障,。這是因?yàn)楫?dāng)堵塞時(shí),濾網(wǎng)上的壓差可以等于系統(tǒng)壓力,。因此,,施加幾百磅/平方英寸的壓力會(huì)導(dǎo)致篩網(wǎng)變形甚至破裂。為了防止這種情況發(fā)生,,傳統(tǒng)屏幕具有
支撐結(jié)構(gòu),,以便在屏幕因高壓差而變形時(shí)支撐屏幕。
然而,,康涅狄格州威斯布魯克Lee公司的Walter Tischbein表示,,傳統(tǒng)屏幕有幾個(gè)缺點(diǎn)。首先,,由于它們是一個(gè)組件組件,,因此制造成本很高,。其次,備份結(jié)構(gòu)只支持一個(gè)流動(dòng)方向的屏幕,。此外,,支撐結(jié)構(gòu)降低了篩網(wǎng)的污染物承載能力
Bird Precision-應(yīng)對(duì)小型化的挑戰(zhàn) 寶石氣阻