In che modo le guarnizioni scheletrate per i sistemi di alberi dei robot possono compensare l'interferenza delle labbra in condizioni di bassa temperatura?

Nelle applicazioni a bassa temperatura come i sistemi di alberi robotici, paraoli scheletrati (paraolio radiale) si verificano frequentemente perdite d'olio, maggiore usura durante le partenze e arresti e prestazioni di tenuta instabili. L'esperienza sul campo dimostra che questi guasti spesso non sono causati da un'installazione non corretta, ma dalla perdita di un'efficace compensazione dell'interferenza del labbro a basse temperature.

Questo articolo analizza il modo in cui le basse temperature influiscono sull'interferenza delle labbra e delinea strategie di progettazione pratiche per migliorare l'affidabilità della tenuta in condizioni operative a freddo.

Influenza della bassa temperatura sull'interferenza delle labbra

I paraoli scheletrati si basano su una pressione di contatto stabile tra il labbro di tenuta e la superficie dell'albero per prevenire perdite. In condizioni di bassa temperatura, diversi effetti concomitanti portano a un degrado sistematico delle prestazioni di tenuta:

Rinforzo in gomma

Con la diminuzione della temperatura, il modulo elastico degli elastomeri aumenta e la cedevolezza del materiale diminuisce, riducendo la capacità del labbro di adattarsi alla superficie dell'albero.

Incompatibilità di Dilatazione Termica

Elastomeri, involucri metallici e alberi presentano diverse velocità di contrazione termica. Questa discrepanza altera l'effettiva interferenza e la pressione di contatto a basse temperature.

Deterioramento della lubrificazione

L'aumento della viscosità del lubrificante ritarda la formazione della pellicola d'olio durante l'avviamento, spingendo l'interfaccia di tenuta in regimi di attrito limite o misto e accelerando l'usura.

Il problema principale non è quindi semplicemente l'interferenza insufficiente, ma l'incapacità del labbro di generare in modo continuo una pressione di contatto efficace a bassa temperatura.

Determinazione razionale dell'interferenza

L'interferenza del labbro deve essere ottimizzata in base alle condizioni operative (pressione, velocità), alle proprietà del materiale e al diametro dell'albero.

I valori tipici consigliati vanno da 0,35 a 0,55 mm, mentre alcune applicazioni ad alto carico potrebbero richiedere fino a 0,8 mm.

Tuttavia, non è consigliabile aumentare ciecamente l'interferenza. Un'interferenza eccessiva può aumentare la coppia di attrito, accelerare l'usura e aumentare la generazione di calore. I valori finali devono sempre essere verificati tramite simulazioni e test di convalida.

Selezione dei materiali: attenzione alla resilienza alle basse temperature

Il mantenimento della forza di tenuta a bassa temperatura dipende principalmente dal recupero elastico e dalla resilienza del materiale, piuttosto che dalla sola "resistenza al freddo" nominale:

FVMQ

Adatto a temperature estremamente basse, offre un'ottima flessibilità combinata con resistenza agli oli. Spesso utilizzato in robot collaborativi e sistemi che richiedono elevata conformità.

FKM formulato a bassa temperatura

Bilancia la resistenza all'olio, la resistenza all'invecchiamento e un migliore rimbalzo a bassa temperatura, adatto per sistemi di tenuta a temperature da moderate a basse.

HNBR

Rappresenta un compromesso tra elasticità a bassa temperatura e resistenza meccanica, ed è comunemente utilizzato nelle attrezzature per esterni e nei macchinari di ingegneria.

Il criterio chiave è se il materiale riesce a mantenere un efficace recupero elastico a basse temperature e non semplicemente a sopravvivere all'esposizione al freddo.

Sistema a molla: un meccanismo di compensazione critico

Poiché la rigidità della gomma aumenta a bassa temperatura, la molla diventa la fonte primaria di compensazione della pressione di contatto:

Corsa effettiva adeguata e forza elastica stabile a bassa temperatura

Condivisione coordinata del carico tra la geometria della molla e del labbro

Per ambienti estremamente freddi, si consigliano vivamente i modelli a labbro con molle a giarrettiera radiali

Un sistema a molle progettato correttamente migliora significativamente la stabilità della tenuta quando la cedevolezza dell'elastomero è ridotta.

Ottimizzazione strutturale per l'adattabilità alla temperatura

Invece di aumentare l'interferenza, l'ottimizzazione strutturale è spesso più efficace nel migliorare le prestazioni a bassa temperatura:

Sezione trasversale del labbro ridotta per migliorare la flessibilità

Lunghezza estesa del braccio elastico per migliorare la capacità di follow-up

Angolo di contatto ottimizzato per ottenere una distribuzione della pressione più uniforme e ridurre l'usura dei bordi

L'obiettivo progettuale è quello di consentire al labbro di tenuta di rispondere in modo dinamico, anziché subire passivamente una perdita di prestazioni.

Condizioni della superficie dell'albero: un fattore decisivo a bassa temperatura

Poiché la formazione del film d'olio è più difficile a basse temperature, la qualità della superficie dell'albero diventa particolarmente critica:

Rugosità superficiale controllata entro Ra 0,2–0,4 μm per bilanciare la ritenzione dell'olio e la conformità

Introduzione di micro-texture (ad esempio, motivi a tratteggio incrociato) per migliorare la lubrificazione all'avviamento

Prevenzione dei difetti superficiali che possono innescare l'usura precoce delle labbra

La corretta preparazione dell'albero è un elemento essenziale per garantire l'affidabilità della tenuta alle basse temperature.

Coordinamento a livello di sistema: adattamento termico e controllo della tolleranza

Una sigillatura stabile a bassa temperatura richiede un approccio a livello di sistema:

Contrazione termica coordinata tra i componenti

Considerazione delle tolleranze di assemblaggio in condizioni di bassa temperatura

Selezione di lubrificanti con proprietà di scorrimento e adesione a bassa temperatura adatte

Solo attraverso il coordinamento del sistema termomeccanico il labbro di tenuta può mantenere una pressione di contatto costante durante tutto il funzionamento.

La chiave per una sigillatura efficace a bassa temperatura non è un'interferenza eccessiva, ma la creazione di un sistema di sigillatura con intrinseca adattabilità alla temperatura.

Grazie all'integrazione di materiali ottimizzati, geometria delle labbra, sistemi a molla, progettazione della superficie dell'albero e adattamento termico a livello di sistema, è possibile ottenere prestazioni di tenuta affidabili e una maggiore durata anche in condizioni di bassa temperatura difficili.