איך חותמי שמן סלע למערכות ציר רובוט יכולים לפצות על הפרעה של השפם בתנאי טמפרטורה נמוכה?

בApplications בטמפרטורות נמוכות, כגון מערכות ציר רובוט, חותמי שמן סלע (חותם ציר רדיאלי) חווים לעיתים קרובות דליפת שמן, גידול בשחיקה במהלך הפעלה-עצירה, וביצועי חיבוץ לא יציבים. נסיון בשטח מראה שתקלות אלו לעתים קרובות אינן נגרמות עקב התקנה לא תקינה, אלא בגלל איבוד הקומפנסציה האפקטיבית של הפרעת השפם בטמפרטורות נמוכות.

מאמר זה מנתח כיצד טמפרטורה נמוכה משפיעה על הפרעת שפם ומציג אסטרטגיות עיצוב פרקטיות לשיפור אמינות החיבוץ בתנאי עבודה קרים.

השפעת טמפרטורה נמוכה על הפרעת שפם

חותמי שמן סלע מסתמכים על לחץ מגע יציב בין שפת החותם לבין פני הציר כדי למנוע דליפה. בתנאי טמפרטורה נמוכה, מספר אפקטים מצטלבים ומובילים לירידה שיטתית בביצועי החיבוץ:

קשיחת הגומי

עם ירידת הטמפרטורה, מודול האלסטיות של חומרי אластומר עולה ויכולת ההתאמה של החומר קטנה, מה שמפחית את היכולת של השפה להתאים את עצמה לפני הציר.

הבדל ב팽יה תרמית

אלסטומרים, כיסויים מתכתיים וצירים מציגים קצבים שונים של התכווצות תרמית. אי-התאמה זו משנה את ערך ההתנגדות והלחץ המגע בפועל בטמפרטורות נמוכות.

הידרדרות שמן

העלייה בצמיגות השמן מאחרת את היווצרות שכבת השמן בזמן ההפעלה, ודוחפת את ממשק החסימה למצב חיכוך גבולי או חיכוך מעורב, ובכך מגבירה את הספיגות.

הבעיה העיקרית אינה פשוט עמידות לא מספקת, אלא חוסר היכולת של השפה ליצור באופן רציף לחץ מגע יעיל בטמפרטורות נמוכות.

קביעת עמידות בצורה מושכלת

ההפרעה בשפה חייבת להיות מותאמת אופטימלית בהתאם לתנאי הפעולה (לחץ, מהירות), תכונות החומר וקוטר הציר.

ערכים מומלצים טיפוסיים נעים בטווח של 0.35–0.55 מ"מ, בעוד שApplications מסוימות עם עומס גבוה עשויות לדרוש עד 0.8 מ"מ.

עם זאת, אין להמליץ על הגדלת הפרעה באופן עיוור. הפרעה מוגזמת יכולה להגביר את מומנט החיכוך, להאיץ את ההתדרדרות ולהגביר את ייצור החום. יש תמיד לאמת את הערכים הסופיים באמצעות סימולציה ובדיקות אימות.

בחירת חומר: התמקדות ביציבות בטמפרטורות נמוכות

השגת כוח חיבוט בטמפרטורות נמוכות תלויה בעיקר באחוז השחזור האלסטי של החומר וביכולתו לספוג מכות, ולא רק ב„עמידות בקור” הנומינלית.

FVMQ

מתאים לטמפרטורות נמוכות במיוחד, מספק גמישות טובה בצירוף עמידות שמנית. משמש לעיתים קרובות ברובוטים שיתופיים וברשויות הדורשות תאום גבוה.

FKM בעל תרכובת לטמפרטורות נמוכות

מאזן בין עמידות שמנית, עמידות בפני זקנה ושיפור בהחזרה בטמפרטורות נמוכות, מתאים למערכות חיבוט בטמפרטורות נמוכות עד בינוניות.

HNBR

מציע פשרה בין אלסטיות בטמפרטורות נמוכות לחוזק מכני, משמש לרוב בציוד לשימוש בחוץ ובמכונות הנדסיות.

הקריטריון המרכזי הוא האם החומר יכול לשמור על שחזור אלסטי יעיל בטמפרטורות נמוכות, ולא רק לשרוד חשיפה לקור.

מערכת קפיץ: מנגנון פיצוי קריטי

כשקשיחות הגומי גדלה בטמפרטורות נמוכות, הקפיץ הופך להיות המקור העיקרי לפיצוי לחץ המגע:

Course אפקטיבי מספיק וכוח קפיץ יציב בטמפרטורה נמוכה

שיתוף עומס מאוזן בין צורת השפם למבנה הקפיץ

בסביבות קרות במיוחד, מומלצים בחום עיצובי שפתון עם קפיצים גוממיים רדיאליים

מערכת קפיץ מתוכננת כראוי משפרת משמעותית את יציבות החיזוק כאשר ההתאמה של האלסטומר קטנה.

אופטימיזציה מבנית להתאמתיות לטמפרטורה

במקום להגביר התערבות, אופטימיזציה מבנית היא לעתים קרובות יותר יעילה בהגברת הביצועים בטמפרטורות נמוכות:

הפחתת חתך שפתון כדי לשפר גמישות

אורך זרוע אלסטית מוגדל כדי לשפר את יכולת המעקב

זווית מגע אופטימלית כדי להשיג התפלגות לחץ אחידה יותר ולצמצם בלאי קצה

מטרת העיצוב היא לאפשר לשפת החותם להגיב דינמית, במקום לסבול איבוד ביצועים באופן פסיבי.

מצב שטח הציר: גורם קובע בטמפרטורות נמוכות

מאחר ויצירת סרט שמן קשה יותר בטמפרטורות נמוכות, איכות שטח הציר הופכת לקריטית במיוחד:

שיפוע שטח מבוקר בטווח Ra 0.2–0.4 מיקרומטר כדי לאזן בין שמירה על שמן להתאמתיות

הצגת מבנים מיקרוסקופיים (למשל דפוסים חציוניים) כדי לשפר שימון בהפעלה ראשונית

הימנעות מפגמים בשטח העלולים לגרום לבלאי מוקדם של השפה

הכנה נכונה של הציר היא חלק חיוני באפקטיביות החותם בטמפרטורות נמוכות.

תיאום ברמת המערכת: התאמת תרמית ובקרת סובלנות

חוטם איטום יציב בטמפרטורות נמוכות דורש גישה ברמה של מערכת:

התכווצות תרמית מתואמת בין רכיבים

שקול סובלנות הרכבה בתנאי טמפרטורה נמוכה

בחירת שומנים עם תכונות זרימה ודבקות מתאימות בטמפרטורות נמוכות

רק באמצעות התאמת מערכת תרמית-מכנית ניתן להבטיח שהשפת איטום תשמור על לחץ מגע עקבי לאורך כל פעילות.

המפתח לאיטום מוצלח בטמפרטורות נמוכות אינו הפרעה מוגזמת, אלא יצירת מערכת איטום בעלת התאמה פנימית לשינויי טמפרטורה.

על ידי שילוב חומרים מותאמים, גאומטריית שפה, מערכות קפיץ, עיצוב פני שדר, והתאמת תרמית ברמה של המערכת, ניתן להשיג ביצועי איטום מהימנים וחיים שירות ארוכים גם בתנאים קיצוניים של טמפרטורה נמוכה.