Bird Precision-應對小型化的挑戰

必須在極小空間內運行的液壓系統通常每磅的性能要求高于許多倍于其尺寸的重型系統。

功率密度是指一個系統或組件在規定的包絡內傳輸的功率。高功率密度是液壓系統最有用的特性之一。內部包含的加壓流體

液壓缸可以快速、準確地移動重達數千磅的負載，所有這些都需要幾乎毫不費力地轉動控制桿或操縱桿。

當組件變得小型化時，即使系統在更高的壓力下運行，高功率密度也變得更難維持。如果液壓系統不能在高壓下運行，它們將失去高功率密度的優勢，而可以使用有競爭力的技術，如機電系統。

然而，更高的壓力通常需要更強、更重的部件。這就需要更厚的壁和活塞桿，這與小型化的目標背道而馳

更小的規模：更大的挑戰

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，密封摩擦通常會增加。這意味著，對氣缸施加雙倍的壓力不會使其推力加倍。

在更基本的層面上，減小圓形活塞的直徑會使表面積呈指數級減少。

然而，只有周長出現線性減小。由于活塞密封接觸面積是圓周的函數，減小氣缸的尺寸會增加與推力成比例的密封摩擦

內部泄漏也會導致功率損失。

如果小型氣缸的間隙與大型氣缸的間隙相同，則小型氣缸的內部泄漏會導致更多流量損失。這

內部泄漏不僅會降低致動器的速度，還會降低推力。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。但是制造公差更嚴格的部件會增加成本。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

解決這些挑戰的辦法似乎很簡單：微型組件將花費更多的錢。在許多情況下都是如此，尤其是當組件必須進行自定義設計時。這些特別的

案件可能涉及：

提供最高強度材料的組件

采用最先進的制造技術

圖1.精密公差的嚴格控制對小型部件至關重要，因為0.1301英寸的偏差允許0.020英寸內徑孔板5%的誤差。車轍——如果孔口的內徑只有0.005英寸，那么同樣的0.001英寸偏差會產生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

指定可用的最高性能過濾系統

然而，出于經濟的簡單原因，大多數設計師都盡量避免指定自定義設計的組件。

幸運的是，許多制造商采用了創新技術，以提供微型系統所需的高性能，而不會帶來高昂的成本

孔口提供一致的精度

在任何行業中，降低成本的一個基本方法是大量生產零部件。問題是，并不是所有的制造工藝都適合大批量生產。一個流孔，

圖1必須仔細加工成精確的直徑，與安裝它的通道同心，并表現出高度的圓度。此外，它應該由堅硬耐磨的材料制成，以確保使用壽命長

通常，這些節流孔調節氣缸、閥門和回路分支中的液壓流體流量。提供

可預測、精確的流量，鋒利的孔口必須從一個部件到下一個部件具有一致的流量系數（Cd）。因此，從一個孔到下一個孔，每個孔的開口必須具有相同的尺寸、形狀和位置。

施工材料選擇不當使孔口性能進一步復雜化。即使鋼或黃銅孔板的制造精度一直很高，這些材料也會很快磨損，再次影響其Cd。這一點在微型液壓系統通常具有較高工作壓力的情況下尤為重要，因為隨著壓力的增加，磨損會加速。

Baillio提出了一種金屬絲研磨方法，作為傳統孔加工的替代方法。這種方法包括在孔口毛坯上切割一個導向孔，然后將導線穿過導向孔。

當金屬絲穿過孔時，引入金剛石漿會產生公差變化為0.0002英寸的孔，邊緣非常鋒利，呈鏡面狀

表面光潔度為2μ-in。除了生產非常精確的孔板外，該工藝也很經濟，因為一次有數千個孔板經過螺紋加工和搭接。

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濟實惠，并將其安裝在各種標準配置中，使其在廣泛的應用中經濟實惠。

它們從一個孔口到另一個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，通過將入口和出口定位在蓋端來減少包絡。

如上所述，過濾在微型液壓系統中尤為重要，以防止固體污染物堵塞通常狹窄的通道和緊密的間隙。即使實施了精細過濾，污染物仍可能被引入過濾器的下游。如果不加以控制，這些顆粒可能會滯留在狹窄的通道或狹窄的間隙中，導致系統故障或損壞。

保護系統和組件免受此類故障影響的一種流行方法是在關鍵組件的入口安裝一個濾網，如圖4a所示。

這些濾網有時被稱為“最后機會過濾器”，旨在捕獲超過濾網孔大小的顆粒。除了制造成本高之外，這些濾網一旦完全堵塞，通常也會出現故障。這是因為當堵塞時，濾網上的壓差可以等于系統壓力。因此，施加幾百磅/平方英寸的壓力會導致篩網變形甚至破裂。為了防止這種情況發生，傳統屏幕具有

支撐結構，以便在屏幕因高壓差而變形時支撐屏幕。

然而，康涅狄格州威斯布魯克Lee公司的Walter Tischbein表示，傳統屏幕有幾個缺點。首先，由于它們是一個組件組件，因此制造成本很高。其次，備份結構只支持一個流動方向的屏幕。此外，支撐結構降低了篩網的污染物承載能力