Comment les joints d'huile à squelette maintiennent-ils un joint stable sous un mouvement alternatif à grand angle de ±180 degrés dans les robots industriels ?

Les robots industriels fonctionnent dans des conditions de haute précision et de forte charge, ce qui rend la performance d'étanchéité de chaque joint critique. Lorsque l'arbre du joint effectue une rotation alternative de ±180°, les concepts traditionnels d'étanchéité font face à des défis importants. Le mouvement alternatif à angle limité et haute fréquence tend à perturber le film lubrifiant, provoquant un contact fréquent entre le bord d'étanchéité et la surface de l'arbre. Cela entraîne une augmentation du frottement, une usure accélérée, des fluctuations de couple et un échauffement pouvant finalement dégrader le matériau d'étanchéité. La résolution de ce problème nécessite une approche globale intégrant la sélection des matériaux, la conception du bord d'étanchéité, la gestion thermique et la précision de l'installation.

Sélection du matériau : Assurer une faible friction et une résistance à l'usure

Le choix du matériau est fondamental pour résoudre les problèmes de friction et d'usure. Pour ce type de mouvement, le principe consiste à utiliser des matériaux à faible friction pour le joint principal et des matériaux à haute élasticité pour le joint auxiliaire.

Matériau du joint principal

Les matériaux composites en PTFE sont recommandés pour la lèvre d'étanchéité principale. Le PTFE offre un coefficient de friction exceptionnellement bas (allant de 0,02 à 0,1), une excellente auto-lubrification et une forte résistance à l'usure, ce qui le rend idéal pour les mouvements alternatifs à long terme.

Matériaux des joints auxiliaires

Le FKM et le HNBR offrent élasticité, capacité d'étanchéité et résistance à l'huile et à la température. Ils fonctionnent de manière fiable entre –50 °C et +150 °C et sont couramment utilisés pour les lèvres anti-poussière, les joints toriques statiques ou comme éléments d'appui élastiques pour les joints principaux en PTFE.

Matériaux spéciaux

Dans des conditions extrêmes telles que hautes températures ou milieux corrosifs, le FFKM offre une résistance chimique et thermique inégalée. En raison de son coût élevé, il est généralement réservé à des applications spécialisées dans les environnements chimiques ou semi-conducteurs.

Conception de la lèvre : du blocage passif à l'étanchéité dynamique active

Les conceptions traditionnelles de lèvres s'appuient sur un contact physique passif. Toutefois, la rotation alternative exige un mécanisme d'étanchéité plus actif.

Géométrie de lèvre hydrodynamique

L'utilisation de profils à lèvres de type Z, K ou S peut générer un effet de micro-pompage pendant le mouvement de l'arbre. Cet effet ramène de petites quantités de lubrifiant dans la chambre d'étanchéité, ce qui maintient la lubrification et réduit le frottement.

Structure à double lèvre

Une configuration à double lèvre sépare clairement les fonctions :

La lèvre principale assure l'étanchéité du lubrifiant.

La lèvre secondaire, généralement en caoutchouc élastique, empêche l'entrée de poussière et d'humidité.

Cette séparation améliore la fiabilité globale de l'étanchéité.

Précharge par ressort : stabilisation de la pression de contact

Le maintien d'une pression de contact constante est essentiel dans les applications alternatives. Un ressort interne fournit la précharge nécessaire pour assurer un contact continu entre la lèvre et la surface de l'arbre. À mesure que la lèvre s'use, le ressort compense automatiquement, évitant ainsi une dégradation des performances. Les ressorts doivent offrir une grande résistance à la fatigue et une stabilité chimique afin d'éviter tout relâchement ou rupture au fil du temps.

Résistance à l'usure et conception à faible friction

La résistance à l'usure dépend non seulement des propriétés du matériau, mais aussi de la conception globale du système.

Matériaux auto-lubrifiants

La capacité du PTFE à former un film de transfert réduit considérablement l'usure. Les revêtements lubrifiants solides tels que le disulfure de molybdène (MoS₂) peuvent améliorer davantage le rodage initial et les performances à long terme.

Option avancée : Structures d'étanchéité à roulement

Pour des applications extrêmement exigeantes, un joint de type roulant peut être utilisé. En intégrant des éléments roulants dans l'anneau d'étanchéité, le frottement de glissement est converti en frottement de roulement, réduisant le couple de plus de 70 % et quasiment éliminant l'usure. Cette solution est plus coûteuse et généralement utilisée dans des systèmes à haute fiabilité.

Gestion thermique : Maîtrise de la génération de chaleur

Les hautes températures sont fréquentes en mouvement alternatif, aussi le système d'étanchéité doit-il supporter la chaleur et minimiser sa génération.

Matériaux à large plage de température

Le PTFE, le FKM et le HNBR conservent des performances stables de –50 °C à +150 °C, garantissant un étanchéité fiable dans des températures variables.

Conception à faible génération de chaleur

L'utilisation de matériaux à faible friction et l'optimisation de la pression de contact réduisent la chaleur générée par friction à la source, empêchant le vieillissement thermique du joint d'étanchéité.

Installation et intégration système : la précision est essentielle

Même la meilleure conception de joint nécessite une installation précise pour atteindre des performances optimales.

Précision d'installation

La surface de l'arbre doit satisfaire aux exigences en matière de dureté et de rugosité, et des outils spécialisés doivent être utilisés afin de garantir un alignement correct et d'éviter toute déformation du bord d'étanchéité.

Ensembles de joints modulaires

De nombreux fournisseurs proposent désormais des modules d'étanchéité préassemblés et prélubrifiés. Ceux-ci simplifient l'installation, réduisent les variations et améliorent la régularité.

Durabilité à long terme

La performance d'étanchéité à long terme dépend de la rigidité structurelle et de la conception élastique. Un boîtier métallique robuste empêche la déformation pendant l'installation, tandis que les composants élastiques doivent assurer un équilibre entre la compensation du battement de l'arbre et une force d'étanchéité stable.

Pour les joints de robots industriels fonctionnant en rotation alternative ±180°, une étanchéité efficace nécessite une approche globale au niveau du système. En choisissant des matériaux appropriés tels que le PTFE et le FKM, en optimisant la géométrie de la lèvre et le précharge du ressort, et en assurant une gestion thermique et d'installation adéquate, il est possible de réduire significativement le frottement, de minimiser l'usure et de maintenir une stabilité d'étanchéité à long terme. Pour des environnements extrêmes, des conceptions structurelles avancées ou des matériaux spéciaux peuvent être envisagés afin de garantir des performances fiables sous charge élevée et fonctionnement à haute fréquence.