¿Cómo pueden las juntas tóricas con armazón para sistemas de ejes de robots compensar la interferencia del labio en condiciones de baja temperatura?

En aplicaciones de baja temperatura, como los sistemas de ejes robóticos, juntas tóricas (sellos radiales de eje) con frecuencia experimentan fugas de aceite, aumento del desgaste en arranques y paradas, y un rendimiento de sellado inestable. La experiencia en campo muestra que estos fallos a menudo no son causados por una instalación incorrecta, sino por la pérdida de compensación efectiva de la interferencia del labio a bajas temperaturas.

Este artículo analiza cómo la baja temperatura afecta la interferencia del labio y describe estrategias de diseño prácticas para mejorar la fiabilidad del sellado en condiciones de operación frías.

Influencia de la baja temperatura en la interferencia del labio

Las juntas tóricas dependen de una presión de contacto estable entre el labio de sellado y la superficie del eje para evitar fugas. En condiciones de baja temperatura, varios efectos acoplados provocan una degradación sistemática del rendimiento de sellado:

Endurecimiento del caucho

A medida que disminuye la temperatura, el módulo elástico de los elastómeros aumenta y la conformidad del material disminuye, reduciendo la capacidad del labio para adaptarse a la superficie del eje.

Desajuste de Dilatación Térmica

Los elastómeros, las carcasas metálicas y los ejes presentan diferentes tasas de contracción térmica. Esta falta de coincidencia altera el apriete real y la presión de contacto a bajas temperaturas.

Deterioro de la lubricación

El aumento de la viscosidad del lubricante retrasa la formación de la película de aceite durante el arranque, llevando la interfaz de sellado a regímenes de fricción límite o mixta y acelerando el desgaste.

La cuestión principal no es por tanto simplemente un apriete insuficiente, sino la incapacidad del labio para generar continuamente una presión de contacto efectiva a baja temperatura.

Determinación Racional del Apriete

El apriete del labio debe optimizarse según las condiciones de operación (presión, velocidad), las propiedades del material y el diámetro del eje.

Los valores típicos recomendados oscilan entre 0,35 y 0,55 mm, mientras que ciertas aplicaciones de alta carga pueden requerir hasta 0,8 mm.

Sin embargo, no se recomienda aumentar ciegamente la interferencia. Una interferencia excesiva puede incrementar el par de fricción, acelerar el desgaste y aumentar la generación de calor. Los valores finales siempre deben verificarse mediante simulación y pruebas de validación.

Selección de materiales: Enfoque en la resistencia a bajas temperaturas

Mantener la fuerza de sellado a baja temperatura depende principalmente de la recuperación elástica y la resilience del material, más que únicamente de la denominada "resistencia al frío".

FVMQ

Adecuado para temperaturas extremadamente bajas, ofrece buena flexibilidad combinada con resistencia al aceite. A menudo se utiliza en robots colaborativos y sistemas que requieren alta conformidad.

FKM formulado para bajas temperaturas

Equilibra la resistencia al aceite, la resistencia al envejecimiento y una mejor recuperación a bajas temperaturas, adecuado para sistemas de sellado de temperatura moderada a baja.

HNBR

Ofrece un equilibrio entre elasticidad a bajas temperaturas y resistencia mecánica, comúnmente aplicado en equipos exteriores y maquinaria de ingeniería.

El criterio clave es si el material puede mantener una recuperación elástica efectiva a bajas temperaturas, no simplemente resistir la exposición al frío.

Sistema de resorte: Un mecanismo crítico de compensación

A medida que la rigidez del caucho aumenta a bajas temperaturas, el resorte se convierte en la fuente principal de compensación de la presión de contacto:

Carrera efectiva adecuada y fuerza estable del resorte a baja temperatura

Reparto coordinado de la carga entre el resorte y la geometría del labio

Para entornos extremadamente fríos, se recomienda encarecidamente el uso de diseños de labio con resortes radiales (garter springs)

Un sistema de resorte correctamente diseñado mejora significativamente la estabilidad del sellado cuando la elasticidad del elastómero se reduce.

Optimización estructural para adaptabilidad térmica

En lugar de aumentar la interferencia, la optimización estructural suele ser más efectiva para mejorar el rendimiento a bajas temperaturas:

Sección transversal reducida del labio para mejorar la flexibilidad

Longitud extendida del brazo elástico para mejorar la capacidad de seguimiento

Ángulo de contacto optimizado para lograr una distribución de presión más uniforme y reducir el desgaste en los bordes

El objetivo del diseño es permitir que el labio de sellado responda de forma dinámica, en lugar de soportar pasivamente la pérdida de rendimiento

Condición de la superficie del eje: Un factor decisivo a baja temperatura

Debido a que la formación de la película de aceite es más difícil a baja temperatura, la calidad de la superficie del eje se vuelve especialmente crítica:

Rugosidad superficial controlada dentro de Ra 0.2–0.4 μm para equilibrar la retención de aceite y la conformidad

Introducción de microtexturas (por ejemplo, patrones cruzados) para mejorar la lubricación en el arranque

Evitar defectos superficiales que puedan provocar un desgaste prematuro del labio

La preparación adecuada del eje es una parte esencial de la confiabilidad del sellado a baja temperatura

Coordinación a nivel de sistema: Apareamiento térmico y control de tolerancias

El sellado estable a bajas temperaturas requiere un enfoque a nivel de sistema:

Contracción térmica coordinada entre los componentes

Consideración de las tolerancias de ensamblaje bajo condiciones de baja temperatura

Selección de lubricantes con propiedades adecuadas de fluidez y adherencia a bajas temperaturas

Solo mediante la coordinación del sistema térmico-mecánico puede el labio de sellado mantener una presión de contacto constante durante todo el funcionamiento.

La clave para un sellado exitoso a bajas temperaturas no es un exceso de interferencia, sino la creación de un sistema de sellado con adaptabilidad intrínseca a la temperatura.

Al integrar materiales optimizados, geometría del labio, sistemas de resortes, diseño de la superficie del eje y compatibilidad térmica a nivel de sistema, se puede lograr un rendimiento de sellado confiable y una vida útil prolongada incluso en condiciones exigentes de baja temperatura.