Bagaimana Seal Minyak Skeleton untuk Sistem Poros Robot Dapat Mengkompensasi Gangguan Bibir dalam Kondisi Suhu Rendah?

Dalam aplikasi suhu rendah seperti sistem poros robot, seal minyak skeleton (seal poros radial) sering mengalami kebocoran minyak, peningkatan keausan saat mulai-berhenti, dan kinerja penyegelan yang tidak stabil. Pengalaman di lapangan menunjukkan bahwa kegagalan ini sering kali bukan disebabkan oleh pemasangan yang tidak tepat, melainkan oleh hilangnya kompensasi gangguan bibir yang efektif pada suhu rendah.

Artikel ini menganalisis bagaimana suhu rendah memengaruhi gangguan bibir dan menguraikan strategi desain praktis untuk meningkatkan keandalan penyegelan dalam kondisi operasi dingin.

Pengaruh Suhu Rendah terhadap Gangguan Bibir

Seal minyak skeleton bergantung pada tekanan kontak yang stabil antara bibir penyegel dan permukaan poros untuk mencegah kebocoran. Dalam kondisi suhu rendah, beberapa efek terpadu menyebabkan degradasi sistematis pada kinerja penyegelan:

Pengerasan karet

Ketika suhu menurun, modulus elastisitas elastomer meningkat dan kepatuhan material berkurang, sehingga mengurangi kemampuan bibir seal untuk menyesuaikan diri dengan permukaan poros.

Ketidaksesuaian Ekspansi Termal

Elastomer, casing logam, dan poros menunjukkan laju kontraksi termal yang berbeda. Ketidaksesuaian ini mengubah interferensi aktual dan tekanan kontak pada suhu rendah.

Kemunduran pelumasan

Peningkatan viskositas pelumas memperlambat pembentukan lapisan minyak saat start-up, mendorong antarmuka seal masuk ke dalam kondisi gesekan batas atau campuran, serta mempercepat keausan.

Masalah utamanya oleh karena itu bukan sekadar interferensi yang tidak mencukupi, melainkan ketidakmampuan bibir seal untuk terus-menerus menghasilkan tekanan kontak yang efektif pada suhu rendah.

Penentuan Interferensi yang Rasional

Interferensi bibir seal harus dioptimalkan berdasarkan kondisi operasi (tekanan, kecepatan), sifat material, dan diameter poros.

Nilai yang direkomendasikan secara umum berkisar antara 0,35–0,55 mm, sedangkan aplikasi beban tinggi tertentu mungkin memerlukan hingga 0,8 mm.

Namun, meningkatkan interferensi secara membabi buta tidak disarankan. Interferensi berlebihan dapat meningkatkan torsi gesekan, mempercepat keausan, dan menaikkan panas yang dihasilkan. Nilai akhir harus selalu diverifikasi melalui simulasi dan pengujian validasi.

Pemilihan Material: Fokus pada Ketahanan Rendah Suhu

Menjaga gaya penyegelan pada suhu rendah terutama bergantung pada pemulihan elastis dan ketangguhan material, bukan hanya "ketahanan dingin" nominal semata:

FVMQ

Cocok untuk suhu sangat rendah, menawarkan fleksibilitas baik yang dikombinasikan dengan ketahanan minyak. Sering digunakan pada robot kolaboratif dan sistem yang membutuhkan kepatuhan tinggi.

FKM diformulasikan untuk suhu rendah

Menyeimbangkan ketahanan minyak, ketahanan penuaan, dan pantulan suhu rendah yang lebih baik, cocok untuk sistem penyegelan suhu sedang hingga rendah.

HNBR

Memberikan kompromi antara elastisitas suhu rendah dan kekuatan mekanis, umumnya digunakan pada peralatan luar ruangan dan mesin teknik.

Kriteria utama adalah apakah material mampu mempertahankan pemulihan elastis yang efektif pada suhu rendah, bukan hanya mampu bertahan terhadap paparan dingin.

Sistem Pegas: Mekanisme Kompensasi yang Kritis

Ketika kekakuan karet meningkat pada suhu rendah, pegas menjadi sumber utama kompensasi tekanan kontak:

Stroke efektif yang memadai dan gaya pegas yang stabil pada suhu rendah

Pembagian beban yang terkoordinasi antara geometri bibir dan pegas

Untuk lingkungan yang sangat dingin, desain bibir dengan pegas garter radial sangat direkomendasikan

Sistem pegas yang dirancang dengan baik secara signifikan meningkatkan stabilitas penyegelan ketika elastomer mengalami penurunan kelenturan.

Optimasi Struktural untuk Adaptabilitas Suhu

Alih-alih meningkatkan interferensi, optimasi struktural sering kali lebih efektif dalam meningkatkan kinerja pada suhu rendah:

Penampang bibir yang diperkecil untuk meningkatkan fleksibilitas

Memperpanjang panjang lengan elastis untuk meningkatkan kemampuan mengikuti

Mengoptimalkan sudut kontak untuk mencapai distribusi tekanan yang lebih merata dan mengurangi keausan tepi

Tujuan desainnya adalah membuat bibir segel mampu merespons secara dinamis, bukan pasif menanggung penurunan kinerja

Kondisi Permukaan Poros: Faktor Penentu pada Suhu Rendah

Karena pembentukan lapisan minyak lebih sulit pada suhu rendah, kualitas permukaan poros menjadi sangat kritis:

Kekasaran permukaan dikendalikan dalam kisaran Ra 0,2–0,4 μm untuk menyeimbangkan retensi minyak dan kecocokan bentuk

Penerapan tekstur mikro (misalnya, pola silang) untuk memperbaiki pelumasan saat startup

Menghindari cacat permukaan yang dapat memicu keausan bibir dini

Persiapan poros yang tepat merupakan bagian penting dari keandalan segel pada suhu rendah

Koordinasi Tingkat Sistem: Kesesuaian Termal dan Pengendalian Toleransi

Kebutuhan segel suhu rendah yang stabil memerlukan pendekatan berbasis sistem:

Kontraksi termal yang terkoordinasi antar komponen

Pertimbangan toleransi perakitan dalam kondisi suhu rendah

Pemilihan pelumas dengan aliran dan sifat adhesi yang sesuai pada suhu rendah

Hanya melalui koordinasi sistem termal-mekanis segel bibir dapat mempertahankan tekanan kontak yang konsisten sepanjang operasi.

Kunci keberhasilan segel suhu rendah bukanlah interferensi berlebihan, melainkan penciptaan sistem segel dengan adaptabilitas suhu intrinsik.

Dengan mengintegrasikan material yang dioptimalkan, geometri bibir segel, sistem pegas, desain permukaan poros, dan kesesuaian termal berbasis sistem, kinerja segel yang andal serta masa pakai yang lebih panjang dapat dicapai bahkan dalam kondisi suhu rendah yang menuntut.