Jak udržují Skeleton těsnění oleje stabilní těsnění při ±180 stupňovém velkém úhlovém vratném pohybu u průmyslových robotů?

Průmyslové roboty pracují za podmínek vysoké přesnosti a zatížení, což činí těsnicí výkon každého kloubu kritickým. Když hřídel kloubu vykonává ±180° vratný pohyb, tradiční koncepty těsnění čelí významným výzvám. Pohyb s vysokou frekvencí a omezeným úhlem otáčení má tendenci narušovat mazací film, což způsobuje, že se těsnicí hrot často dotýká povrchu hřídele. To vede ke zvýšenému tření, urychlenému opotřebení, kolísání točivého momentu a tepelnému zatížení, které může nakonec degradovat těsnicí materiál. Řešení tohoto problému vyžaduje komplexní přístup, který integruje výběr materiálu, návrh těsnicího hrotu, správu tepla a přesnost instalace.

Výběr materiálu: Zajištění nízkého tření a odolnosti proti opotřebení

Výběr materiálu je zásadní pro řešení problémů s třením a opotřebením. U tohoto typu pohybu platí princip použití nízkotřecích materiálů pro primární těsnění a materiálů s vysokou pružností pro sekundární těsnění.

Materiál primárního těsnění

Pro primární těsnicí ústník se doporučují kompozitní materiály z PTFE. PTFE nabízí výjimečně nízký koeficient tření (až 0,02–0,1), vynikající samočinné mazání a vysokou odolnost proti opotřebení, což jej činí ideálním pro dlouhodobý posuvný pohyb.

Materiály pomocných těsnění

FKM a HNBR poskytují pružnost, těsnicí schopnost a odolnost vůči oleji a teplotě. Spolehlivě fungují v rozmezí od –50 °C do +150 °C a běžně se používají u ochranných ústníků, statických O-kroužků nebo jako pružné nosné prvky pro PTFE primární těsnění.

Speciální materiály

Pro extrémní podmínky, jako jsou vysoké teploty nebo agresivní média, nabízí FFKM neporovnatelnou chemickou a tepelnou odolnost. Kvůli své vysoké ceně se obvykle používá pouze ve specializovaných aplikacích v chemickém nebo polovodičovém průmyslu.

Návrh ústníku: od pasivního uzávěru po aktivní dynamické těsnění

Tradiční návrhy ústníků spoléhají na pasivní fyzický kontakt. U posuvně otáčivého pohybu je však zapotřebí aktivnější těsnicí mechanismus.

Hydrodynamická geometrie ústníku

Použití těsnicích profilů typu Z, K nebo S může během pohybu hřídele vyvolat mikročerpací efekt. Tento efekt vrací malé množství maziva zpět do těsnicí komory, čímž udržuje mazání a snižuje tření.

Dvojité těsnění s dvojím hrotem

Dvojitá konfigurace hrotu jasně odděluje funkce:

Hlavní hrot těsní mazivo.

Sekundární hrot, obvykle vyrobený z elastické gumy, zabraňuje vnikání prachu a vlhkosti.

Toto rozdělení zvyšuje celkovou spolehlivost těsnění.

Předpětí pružiny: Stabilizace kontaktového tlaku

Udržování stálého kontaktového tlaku je nezbytné u zdvihových aplikací. Vnitřní pružina zajistí potřebné předpětí, aby byl zajištěn nepřetržitý kontakt mezi hrotem a povrchem hřídele. Během opotřebení hrotu pružina automaticky kompenzuje změny a tak brání poklesu výkonu. Pružiny musí mít vysokou odolnost proti únavě a chemickou stabilitu, aby se v průběhu času neuvolnily nebo nerozlomily.

Odolnost proti opotřebení a nízkotřecí návrh

Odolnost proti opotřebení závisí nejen na vlastnostech materiálu, ale také na celkovém návrhu systému.

Samomazné materiály

Schopnost PTFE tvořit přenosovou vrstvu výrazně snižuje opotřebení. Nátěry s pevnými mazivy, jako je disulfid molybdenu (MoS₂), mohou dále zlepšit počáteční obmazání i dlouhodobý výkon.

Pokročilá varianta: Těsnicí konstrukce s valivými členy

U extrémně náročných aplikací lze použít těsnění valivého typu. Začleněním valivých prvků do těsnicího kroužku se smykové tření přemění na valivé tření, čímž se sníží moment tření o více než 70 % a téměř eliminuje opotřebení. Toto řešení je nákladnější a obvykle se používá u vysoce spolehlivých systémů.

Termální management: Řízení tvorby tepla

Vysoké teploty jsou při posuvném pohybu běžné, proto musí těsnicí systém odolávat teplu a minimalizovat jeho vznik.

Materiály pro široký rozsah teplot

PTFE, FKM a HNBR zachovávají stabilní výkon v rozmezí od –50 °C do +150 °C, což zajišťuje spolehlivé těsnění při různých teplotách.

Konstrukce s nízkým vývinem tepla

Použití materiálů s nízkým třením a optimalizace kontaktového tlaku snižují třecí teplo již v místě jeho vzniku, čímž se předchází tepelnému stárnutí těsnění.

Montáž a integrace do systému: na přesnosti záleží

I nejlepší konstrukce těsnění vyžaduje přesnou montáž, aby dosáhla optimálního výkonu.

Přesnost montáže

Povrch hřídele musí splňovat požadavky na tvrdost a drsnost, a pro zajištění správného zarovnání a zabránění deformaci těsnicích okrajů je třeba použít specializované nástroje.

Modulární těsnicí sestavy

Mnozí dodavatelé nyní nabízejí předmontované a předemazané těsnicí moduly. Tyto moduly zjednodušují montáž, snižují proměnlivost a zvyšují konzistenci.

Dlouhodobá odolnost

Dlouhodobý těsnicí výkon závisí na strukturální tuhosti a elastickém návrhu. Robustní kovová skříň brání deformaci během instalace, zatímco elastické komponenty musí vyvážit kompenzaci odklonu hřídele a stabilní těsnicí sílu.

U kloubů průmyslových robotů provozovaných při ±180° opakované rotaci vyžaduje účinné těsnění systémový přístup. Výběrem vhodných materiálů, jako jsou PTFE a FKM, optimalizací geometrie těsnicího ústí a předpětí pružiny a zajištěním správného tepelného a montážního postupu je možné výrazně snížit tření, minimalizovat opotřebení a udržet dlouhodobou těsnost. Pro extrémní prostředí lze zvážit pokročilé konstrukční návrhy nebo speciální materiály, aby byla zajištěna spolehlivá funkce při vysokém zatížení a vysokofrekvenčním provozu.