Hogyan biztosítják a skeleton olajtömítések stabil tömítést ±180 fokos nagy szögű lengő mozgás mellett ipari robotokban?

Az ipari robotok nagy pontossággal és nagy terhelés mellett működnek, így minden csukló tömítési teljesítménye kritikus fontosságú. Amikor a csuklótengely ±180°-os lengő mozgást végez, a hagyományos tömítési koncepciók jelentős kihívásokkal szembesülnek. A nagy frekvenciájú, korlátozott szögű visszaforduló mozgás könnyen megszakíthatja a kenőréteget, aminek következtében a tömítőajak gyakran érintkezik a tengely felületével. Ez növekedett súrlódáshoz, gyorsabb kopáshoz, nyomatékváltozásokhoz és hőfelhalmozódáshoz vezet, ami végül a tömítőanyag degradálódását okozhatja. Ennek a problémának a kezelése anyagkiválasztás, az ajak kialakítása, hőelvezetés és pontos szerelés komplex összehangolását igényli.

Anyagkiválasztás: Alacsony súrlódás és kopásállóság biztosítása

Az anyagválasztás alapvető fontosságú a súrlódási és kopási problémák megoldásában. Ezen mozgásfajtánál az az elv, hogy az elsődleges tömítéshez alacsony súrlódású anyagot, a segéd tömítésekhez pedig magas rugalmasságú anyagot kell alkalmazni.

Elsődleges tömítőanyag

A PTFE kompozit anyagokat ajánlott elsődleges tömítőajakhoz használni. A PTFE rendkívül alacsony súrlódási együtthatóval (csak 0,02–0,1) rendelkezik, kiváló öntapadó kenési tulajdonságokkal és erős kopásállósággal, így ideális hosszú távú visszaható mozgáshoz.

Segédtömítő anyagok

Az FKM és az HNBR rugalmasságot, tömítőképességet és olaj- valamint hőállóságot biztosít. Megbízhatóan működnek –50 °C-tól +150 °C-ig, és gyakran használják őket porvédő ajkakhoz, statikus O-gyűrűkhöz vagy a PTFE elsődleges tömítések rugalmas alátámasztó elemeihez.

Különleges anyagok

Extrém körülmények, például magas hőmérséklet vagy korróziós hatású közegek esetén az FFKM páratlan kémiai és hőállóságot nyújt. Magas ára miatt általában speciális alkalmazásokhoz, vegyipari vagy félvezető környezetekhez tartalékolják.

Ajtókialakítás: a passzív elzárástól az aktív dinamikus tömítésig

A hagyományos ajtkialakítások a passzív fizikai érintkezésre építenek. Azonban a visszaható forgáshoz aktívabb tömítőmechanizmus szükséges.

Hidrodinamikus ajtgeometria

A Z-típusú, K-típusú vagy S-típusú szeleplipidús profilok mikroszivattyú-hatást válthatnak ki a tengely mozgása során. Ez a hatás kis mennyiségű kenőanyagot visszajuttat a tömítőkamrába, fenntartva ezzel a kenést és csökkentve a súrlódást.

Kétszelepes szerkezet

A kétszelepes kialakítás egyértelműen elválasztja az egyes funkciókat:

Az elsődleges szelep zárja le a kenőanyagot.

A másodlagos szelep, amely általában rugalmas gumából készül, megakadályozza a por és nedvesség behatolását.

Ez az elválasztás növeli az egész tömítés megbízhatóságát.

Rugóelőfeszítés: az érintkezési nyomás stabilizálása

Az egyenletes érintkezési nyomás fenntartása elengedhetetlen a visszaható mozgású alkalmazásoknál. Egy belső rugó biztosítja a szükséges előfeszítést, így folyamatos érintkezést garantál a szelep és a tengelyfelület között. Ahogy a szelep kopik, a rugó automatikusan kompenzál, megelőzve ezzel a teljesítményromlást. A rugóknak magas fáradási ellenállással és kémiai stabilitással kell rendelkezniük, hogy idővel ne lazuljanak el vagy törjenek el.

Kopásállóság és alacsony súrlódású kialakítás

Az elhasználódási ellenállás nemcsak az anyagjellemzőktől, hanem a teljes rendszertervtől is függ.

Önilágító anyagok

A PTFE képessége arra, hogy átviteli filmet képezzen, jelentősen csökkenti az elhasználódást. A szilárd kenőanyag bevonatok, mint például a molibdén-diszulfid (MoS₂), tovább javíthatják az első üzembehelyezési fázist és a hosszú távú teljesítményt.

Haladó opció: gördülő tömítési szerkezetek

Különösen igényes alkalmazásokhoz használható a gördülő típusú tömítés. Gördülő elemek tömítőgyűrűbe való beépítésével a csúszó súrlódás gördülő súrlódássá alakul, amely több mint 70%-kal csökkenti a nyomatékot, és majdnem teljesen kiküszöböli az elhasználódást. Ez a megoldás költségesebb, és általában magas megbízhatóságú rendszerekben alkalmazzák.

Hőkezelés: a hőtermelés kezelése

A visszatérő mozgásoknál gyakori a magas hőmérséklet, ezért a tömítőrendszernek képesnek kell lennie a hő ellenállására és a hőtermelés minimalizálására.

Széles hőmérséklet-tartományban használható anyagok

A PTFE, FKM és HNBR –50 °C-tól +150 °C-ig stabil teljesítményt nyújt, így megbízható tömítést biztosít változó hőmérsékleti körülmények között.

Alacsony hőfejlődésű kialakítás

Az alacsony súrlódású anyagok használata és az érintkezési nyomás optimalizálása csökkenti a súrlódásból származó hőt forrásnál, megelőzve ezzel a tömítés hő okozta öregedését.

Beszerelés és rendszerintegráció: a pontosság fontos

Még a legjobb tömítési tervezés is pontos beszerelést igényel a maximális teljesítmény eléréséhez.

Beszerelési pontosság

A tengelyfelületnek meg kell felelnie a keménységi és felületi érdességi követelményeknek, és speciális eszközöket kell használni a megfelelő igazítás érdekében, hogy elkerüljük a tömítőajak deformálódását.

Moduláris tömítési egységek

Számos gyártó jelenleg előszerelt és előkenőzött tömítőmodulokat kínál. Ezek leegyszerűsítik a beszerelést, csökkentik a változékonyságot, és javítják az egységes minőséget.

Hosszú távú tartósság

A hosszú távú tömítési teljesítmény a szerkezeti merevségtől és az elasztikus tervezéstől függ. Egy erős fém ház megakadályozza a deformálódást a telepítés során, míg az elasztikus alkatrészeknek egyensúlyt kell teremteniük a tengely excentricitásának kompenzálása és a stabil tömítőerő között.

Ipari robotcsuklók esetében, amelyek ±180°-os reciprok forgó mozgást végeznek, az hatékony tömítés rendszerszintű megközelítést igényel. Megfelelő anyagok, például PTFE és FKM kiválasztásával, a tömítőperem geometriájának és a rugó előfeszítésének optimalizálásával, valamint a megfelelő hőmérséklet- és szereléskezeléssel jelentősen csökkenthető a súrlódás, minimalizálható a kopás, és hosszú távon biztosítható a tömítési stabilitás. Extrém környezetekben speciális szerkezeti kialakítások vagy speciális anyagok is figyelembe vehetők a megbízható teljesítmény érdekében nagy terhelés és nagy frekvenciájú üzem mellett.