Kaip karkasiniai tepimo sandarikliai robotų veleno sistemoms gali kompensuoti lūpos trukdžius žemoje temperatūroje?

Žemoje temperatūroje veikiančiose aplikacijose, pvz., roboto veleno sistemose, karkasinės tepimo sandaros (spindulinės veleno sandaros) dažnai susiduria su tepalo nutekėjimu, padidėjusiu start/stop dėvėjimu ir nestabiliu sandarumo našumu. Iš patirties matyti, kad šios gedimų priežastys dažnai būna ne netinkama montavimo klaida, o efektyvios lūpos tarpusavyje veikimo kompensacijos praradimas žemoje temperatūroje.

Šiame straipsnyje analizuojama, kaip žema temperatūra veikia lūpos tarpusavyje veikimą, ir pateikiami praktiniai konstrukcijos sprendimai, skirti pagerinti sandarumo patikimumą šaltomis eksploatacijos sąlygomis.

Žemos temperatūros poveikis lūpos tarpusavyje veikimui

Karkasinės tepimo sandaros remiasi stabiliu kontaktiniu slėgiu tarp sandaros lūpos ir veleno paviršiaus, kad būtų užkirstas kelias nutekėjimui. Žemoje temperatūroje keletas susijusių efektų sukelia sisteminį sandarumo našumo blogėjimą:

Gumos standėjimas

Kai temperatūra mažėja, elastomerų tamprumo modulis didėja, o medžiagos lankstumas mažėja, dėl ko sumažėja tarpinės gebėjimas priglusti prie veleno paviršiaus.

Termine plitimo neatitikimas

Elastomerai, metaliniai korpusai ir velenai pasižymi skirtingais šiluminio traukimosi rodikliais. Šis neatitikimas keičia faktinį suspaudimą ir kontaktinį slėgį žemoje temperatūroje.

Tepalo savybių blogėjimas

Padidėjęs tepalo klampumas vėlina alies plėvelės susidarymą paleidžiant, todėl sandarinimo sąsaja patenka į ribinę ar mišrią trinties būseną, kas greičiau sukelia dilimą.

Taigi pagrindinė problema nėra tiesiog nepakankamas suspaudimas, bet tarpinės negalėjimas žemoje temperatūroje nuolat generuoti veiksmingo kontaktinio slėgio.

Suspaudimo racionalus nustatymas

Tarpinės suspaudimas turi būti optimizuojamas atsižvelgiant į darbo sąlygas (slėgis, apsukos), medžiagų savybes ir veleno skersmenį.

Tipiniai rekomenduojami dydžiai yra nuo 0,35–0,55 mm, o kai kurios aukšto apkrovimo aplikacijos gali reikalauti iki 0,8 mm.

Tačiau rekomenduojama akliai didinti trintį. Per didelė trintis gali padidinti sukimo momentą, pagreitinti dėvėjimą ir sustiprinti šilumos išsiskyrimą. Galutinės vertės visada turi būti patikrintos naudojant modeliavimą ir patvirtinimo bandymus.

Medžiagų pasirinkimas: dėmesys žemoje temperatūroje atsparumui

Hermetiškumo jėgos palaikymas žemoje temperatūroje priklauso daugiausia nuo medžiagos elastingumo atkūrimo ir atsparumo, o ne tik nuo nominalaus „šalčio atsparumo“:

FVMQ

Tinka labai žemoms temperatūroms, siūlo gerą lankstumą kartu su aliejaus atsparumu. Dažnai naudojamas bendradarbiaujančiuose robotuose ir sistemose, reikalaujančiose didelio lankstumo.

Žemoje temperatūroje formuluotas FKM

Suderina aliejaus atsparumą, senėjimo atsparumą ir geroves atšokamumą žemoje temperatūroje, tinka vidutinėms ir žemos temperatūros hermetizavimo sistemoms.

HNBR

Užtikrina kompromisą tarp žemos temperatūros elastingumo ir mechaninės stiprybės, dažnai taikomas lauko įrangai ir inžinerinėje technikoje.

Pagrindinis kriterijus yra tai, ar medžiaga gali išlaikyti efektyvų tamprųjį atkūrimą žemoje temperatūroje, o ne tik išgyventi šalčio poveikį.

Spyruoklių sistema: svarbus kompensavimo mechanizmas

Kai gumos standumas didėja žemoje temperatūroje, spyruoklė tampa pagrindiniu kontaktinio slėgio kompensavimo šaltiniu:

Pakankamas efektyvus ėjimas ir stabilus spyruoklės jėga žemoje temperatūroje

Subalansuotas apkrovos pasidalijimas tarp spyruoklės ir lūpos geometrijos

Ypač šaltoms aplinkoms labai rekomenduojamos lūpos konstrukcijos su radialinėmis spyruoklėmis

Tinkamai suprojektuota spyruoklių sistema žymiai pagerina sandarumo stabilumą, kai elastingumo laipsnis sumažėja.

Konstrukcinė optimizacija temperatūros prisitaikymui

Vietoje to, kad didinti trintį, dažnai veiksmingesnis būdas pagerinti žemos temperatūros našumą yra konstrukcinė optimizacija:

Sumažinta lūpos skersinio pjūvio dalis siekiant pagerinti lankstumą

Ilgtesnis elastingas šakos ilgis, kad būtų pagerintas sekimo gebėjimas

Optimizuotas kontaktinis kampas, siekiant pasiekti tolygesnį slėgio pasiskirstymą ir sumažinti kraštų dėvėjimąsi

Konstrukcinis tikslas – užtikrinti, kad hermetizavimo lūpa reaguotų dinamiškai, o ne tiesiog pasyviai kentėtų našumo praradimą

Veleno paviršiaus būklė: lemiamas veiksnys žemoje temperatūroje

Kadangi žemoje temperatūroje sunkiau susidaro alyvos plėvelė, veleno paviršiaus kokybė tampa ypač svarbi:

Paviršiaus šiurkštumas kontroliuojamas ribose Ra 0,2–0,4 μm, kad būtų išlaikytas pusiausvyra tarp alyvos laikymo ir prigludimo

Įvedamos mikrotekstūros (pvz., kryžminiai raštai), kad būtų patobulinta tepimo pradžia

Vengiama paviršiaus defektų, kurie gali sukelti ankstyvą lūpos dėvėjimąsi

Tinkamas veleno paruošimas yra būtina žemoje temperatūroje veikiančios sandaros patikimumo dalis

Sisteminis derinimas: šiluminis suderinimas ir tarpinių dydžių kontrolė

Stabilus žemoje temperatūroje sandarumas reikalauja sisteminio požiūrio:

Komponentų sutartinis šiluminis traukimas

Montavimo tarpų atsižvelgimas į žemas temperatūras

Alyvų parinkimas, turinčių tinkamas žemoje temperatūroje tekėjimo ir priepuolio savybes

Tik dėka šilumos–mechaninės sistemos derinimo sandarumo kraštas gali išlaikyti pastovią kontaktinę slėgio jėgą visą veikimo laikotarpį.

Sėkmingo žemoje temperatūroje sandarumo raktas nėra didelis suspaudimas, bet sandarumo sistemos su vidiniu temperatūros prisitaikymu kūrimas.

Integruojant optimizuotas medžiagas, sandariklio geometriją, spyruoklių sistemas, veleno paviršiaus projektavimą ir sisteminį šiluminį derinimą, galima pasiekti patikimą sandarumą ir pailginti tarnavimo laiką net labai sunkiomis žemos temperatūros sąlygomis.