Bird Precision-應(yīng)對小型化的挑戰(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?。高功率密度是液壓系統(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，而可以使用有競爭力的技術(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)級減少。

然而，只有周長出現(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

采用先進(jìn)的制造技術(shù)

圖1.精密公差的嚴(yán)格控制對小型部件至關(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

可用的最高性能過濾系統(tǒng)

然而，出于經(jīng)濟(jì)的簡單原因，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

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、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)線穿過導(dǎo)向孔。

當(dāng)金屬絲穿過孔時(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)過螺紋加工和搭接。

Baillio解釋說，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）消耗大量空間來容納頭部和蓋端的接頭和軟管。

底部端口氣缸，右側(cè)，通過將入口和出口定位在蓋端來減少包絡(luò)。

如上所述，過濾在微型液壓系統(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)過濾，污染物仍可能被引入過濾器的下游。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)過濾器”，旨在捕獲超過濾網(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

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