Kuidas saavad robotvõlli süsteemide skeletiõlitihendid madala temperatuuri tingimustes huulte interferentsi kompenseerida?

Madala temperatuuriga rakendustes, näiteks robotvõllisüsteemides, karkass-õlitihendid (radiaalvõlli tihend) esineb sageli õlilekkeid, suurenenud käivitus-seiskamiskulumist ja ebastabiilset tihendusjõudlust. Praktika näitab, et need rikked ei ole sageli põhjustatud valest paigaldamisest, vaid efektiivse huulte interferentsi kompenseerimise kadumisest madalatel temperatuuridel.

See artikkel analüüsib, kuidas madal temperatuur mõjutab huulte interferentsi ja kirjeldab praktilisi disainistrateegiaid tihenduse töökindluse parandamiseks külmades töötingimustes.

Madala temperatuuri mõju huulte interferentsile

Karkassõlitihendid tuginevad lekke vältimiseks tihendushuule ja võlli pinna vahelisele stabiilsele kontaktrõhule. Madalatel temperatuuridel põhjustavad tihendusomaduste süstemaatilist halvenemist mitmed omavahel seotud mõjud:

Kummist jäigastus

Temperatuuri langedes elastomeeride elastsusmoodul suureneb ja materjali nõtkus väheneb, vähendades huule võimet võlli pinnaga kohanduda.

Soojuspaisumise mittevastavus

Elastomeeridel, metallkorpustel ja võllidel on erinev termiline kokkutõmbumiskiirus. See mittevastavus muudab tegelikku interferentsi ja kontaktrõhku madalatel temperatuuridel.

Määrimise halvenemine

Suurem määrdeaine viskoossus lükkab õlifilmi moodustumist käivitamise ajal edasi, lükates tihendusliidese piir- või segahõõrderežiimi ja kiirendades kulumist.

Seega pole põhiprobleem mitte ainult ebapiisav interferents, vaid huule suutmatus pidevalt madalal temperatuuril efektiivset kontaktrõhku tekitada.

Interferentsi ratsionaalne määramine

Huulte interferentsi tuleb optimeerida töötingimuste (rõhk, kiirus), materjali omaduste ja võlli läbimõõdu põhjal.

Tüüpilised soovitatavad väärtused jäävad vahemikku 0,35–0,55 mm, samas kui teatud suure koormusega rakendustes võib vaja minna kuni 0,8 mm.

Siiski ei ole soovitatav segava toime pimesi suurendamine. Liigne segav toime võib suurendada hõõrdemomenti, kiirendada kulumist ja suurendada soojuse teket. Lõplikke väärtusi tuleks alati kontrollida simulatsiooni ja valideerimiskatsete abil.

Materjali valik: keskendumine madala temperatuuri vastupidavusele

Tihendusjõu säilitamine madalal temperatuuril sõltub peamiselt materjali elastsest taastumisest ja vastupidavusest, mitte ainult nominaalsest "külmakindlusest":

FVMQ

Sobib äärmiselt madalatele temperatuuridele, pakkudes head paindlikkust koos õlikindlusega. Kasutatakse sageli koostöörobotites ja süsteemides, mis nõuavad suurt paindlikkust.

Madala temperatuuriga formuleeritud FKM

Tasakaalustab õlikindlust, vananemiskindlust ja paremat madalatemperatuurilist tagasilööki, sobib mõõduka kuni madala temperatuuriga tihendussüsteemidele.

HNBR

Pakub kompromissi madala temperatuuri elastsuse ja mehaanilise tugevuse vahel, mida tavaliselt kasutatakse välistingimustes kasutatavate seadmete ja masinaehitusmasinate puhul.

Peamine kriteerium on see, kas materjal suudab säilitada madalal temperatuuril efektiivse elastse taastumise, mitte ainult külma käes püsida.

Vedrusüsteem: kriitiline hüvitusmehhanism

Kuna kummi jäikus madalal temperatuuril suureneb, saab vedrust peamine kontaktrõhu kompenseerimise allikas:

Piisav efektiivne käik ja stabiilne vedrujõud madalal temperatuuril

Koordineeritud koormuse jagamine vedru ja huule geomeetria vahel

Äärmiselt külmades keskkondades on tungivalt soovitatav radiaalsete vedrudega huulte disain.

Õigesti konstrueeritud vedrusüsteem parandab oluliselt tihendusstabiilsust, kui elastomeeri nõtkus on vähenenud.

Temperatuuriga kohanemisvõime struktuuriline optimeerimine

Häirete suurendamise asemel on madala temperatuuri toimivuse parandamisel sageli efektiivsem struktuuri optimeerimine:

Väiksem huulte ristlõige paindlikkuse parandamiseks

Pikendatud elastse käe pikkus järelkontrolli võimekuse parandamiseks

Optimeeritud kontaktnurk ühtlasema rõhujaotuse saavutamiseks ja serva kulumise vähendamiseks

Projekteerimise eesmärk on võimaldada tihendushuule dünaamiliselt reageerida, mitte passiivselt taluda jõudluse kadu.

Võlli pinna seisukord: määrav tegur madalal temperatuuril

Kuna madalal temperatuuril on õlifilmi moodustumine keerulisem, muutub võlli pinna kvaliteet eriti kriitiliseks:

Pinna karedus kontrollitakse Ra 0,2–0,4 μm piires, et tasakaalustada õlipeetust ja vastavust nõuetele

Mikrotekstuuride (nt ristviirutatud mustrite) lisamine käivitamise määrimise parandamiseks

Enneaegset huulte kulumist põhjustavate pinnadefektide vältimine

Võlli nõuetekohane ettevalmistamine on madala temperatuuriga tihendamise usaldusväärsuse oluline osa.

Süsteemitasandi koordineerimine: termiline sobitamine ja tolerantsi kontroll

Stabiilne madalatemperatuuriline tihendamine nõuab süsteemitasandi lähenemist:

Komponentide koordineeritud termiline kokkutõmbumine

Montaažitolerantside arvestamine madala temperatuuri tingimustes

Sobivate madalatemperatuuriliste voolavus- ja nakkumisomadustega määrdeainete valik

Ainult termiliselt ja mehaaniliselt koordineeritud süsteemi abil saab tihendushuul säilitada kogu töö vältel ühtlast kontaktrõhku.

Eduka madalatemperatuurse tihendamise võti ei ole liigne sekkumine, vaid sellise tihendussüsteemi loomine, millel on sisemine temperatuurimuutustega kohanemisvõime.

Optimeeritud materjalide, huulte geomeetria, vedrusüsteemide, võlli pinna disaini ja süsteemitasemel termilise sobituse integreerimise abil on võimalik saavutada usaldusväärne tihendusjõudlus ja pikendatud kasutusiga isegi nõudlikes madala temperatuuri tingimustes.