Hoe kunnen asgoodveren voor robotsysteemassen lipinterferentie compenseren bij lage temperatuurcondities?

Bij toepassingen met lage temperaturen, zoals robotschachtsystemen, schildolieafdichtingen (radiale schachtafdichting) ervaren vaak olielekkage, verhoogde slijtage bij starten en stoppen, en instabiele afdichtprestaties. Praktijkervaring laat zien dat deze fouten vaak niet worden veroorzaakt door onjuiste installatie, maar door het verlies van effectieve compensatie van lipinterferentie bij lage temperaturen.

Dit artikel analyseert hoe lage temperatuur de lipinterferentie beïnvloedt en schetst praktische ontwerpaanpakken om de afdichtbetrouwbaarheid te verbeteren onder koude bedrijfsomstandigheden.

Invloed van lage temperatuur op lipinterferentie

Schildolieafdichtingen zijn afhankelijk van een stabiele contactdruk tussen de afdichtlip en het schachtoppervlak om lekkage te voorkomen. Bij lage temperaturen leiden diverse gekoppelde effecten tot systematische verslechtering van de afdichtprestaties:

Verstijving van rubber

Naarmate de temperatuur daalt, neemt de elastische modulus van elastomeren toe en neemt de vervormbaarheid van het materiaal af, waardoor de lip minder goed kan meevormen aan het asoppervlak.

Thermische Uitbreidingsverschillen

Elastomeren, metalen behuizingen en assen vertonen verschillende thermische krimpcoëfficiënten. Deze mismatch verandert de werkelijke overmaat en contactdruk bij lage temperaturen.

Verslechtering van smering

Verhoogde viscositeit van de smeermiddel vertraagt de vorming van een oliefilm tijdens het opstarten, waardoor de afdichtingsinterface in de grens- of gemengde wrijvingsregio komt te zitten, wat slijtage versnelt.

De kernkwestie is daarom niet eenvoudigweg onvoldoende overmaat, maar het onvermogen van de lip om bij lage temperaturen continu een effectieve contactdruk te genereren.

Rationele bepaling van overmaat

De overmaat van de lip moet worden geoptimaliseerd op basis van bedrijfsomstandigheden (druk, snelheid), materiaaleigenschappen en asdiameter.

Typische aanbevolen waarden liggen tussen 0,35–0,55 mm, terwijl bepaalde toepassingen met hoge belasting tot 0,8 mm kunnen vereisen.

Het blind verhogen van interferentie wordt echter niet aanbevolen. Te veel interferentie kan de wrijvingskoppel verhogen, slijtage versnellen en meer warmte genereren. De uiteindelijke waarden moeten altijd worden geverifieerd via simulatie en validatietests.

Materiaalkeuze: Focus op koudebestendigheid

Het behoud van afdichtkracht bij lage temperaturen is vooral afhankelijk van de elastische herstelbaarheid en veerkracht van het materiaal, en niet alleen van de nominale 'koudebestendigheid':

FVMQ

Geschikt voor extreem lage temperaturen, met goede flexibiliteit gecombineerd met oliebestendigheid. Wordt vaak gebruikt in collaboratieve robots en systemen die hoge compliantie vereisen.

Koudebestendig geformuleerde FKM

Biedt een balans tussen oliebestendigheid, bestendigheid tegen veroudering en verbeterde terugveerkracht bij lage temperaturen, geschikt voor afdichtsystemen bij gematigde tot lage temperaturen.

HNBR

Biedt een compromis tussen elasticiteit bij lage temperatuur en mechanische sterkte, veelgebruikt in buitenapparatuur en werktuigen.

Het belangrijkste criterium is of het materiaal een effectieve elastische herstelbaarheid bij lage temperatuur kan behouden, niet enkel of het blootstelling aan koude kan doorstaan.

Veer systeem: Een kritisch compensatiemechanisme

Naarmate de stijfheid van rubber toeneemt bij lage temperatuur, wordt de veer de primaire bron van compensatie voor contactdruk:

Voldoende effectieve slag en stabiele veerkracht bij lage temperatuur

Gecoördineerde belastingverdeling tussen de veer en de lipvorm

Voor uiterst koude omgevingen worden lipontwerpen met radiale verendraad sterk aanbevolen

Een goed ontworpen veersysteem verbetert afdichtingsstabiliteit aanzienlijk wanneer de vervormbaarheid van het elastomeer afneemt.

Structurele optimalisatie voor temperatuuraanpassing

In plaats van de overmaat te vergroten, is structurele optimalisatie vaak effectiever om de prestaties bij lage temperatuur te verbeteren:

Verminderde lipdoorsnede om de flexibiliteit te verbeteren

Verlengde elastische armlengte om de volgcapaciteit te verbeteren

Geoptimaliseerde contacthoek voor een meer gelijkmatige drukverdeling en minder slijtage aan de randen

Het ontwerpdoel is om de afdichtlip dynamisch te laten reageren, in plaats van passief prestatieverlies te ondergaan

Toestand asoppervlak: Een beslissende factor bij lage temperatuur

Omdat vorming van een oliefilm moeilijker is bij lage temperatuur, wordt de kwaliteit van het asoppervlak bijzonder kritiek

Oppervlakteruwheid beperkt tot Ra 0,2–0,4 μm om balans te bieden tussen oliebehoud en aanpassingsvermogen

Invoering van micro-structuren (bijvoorbeeld gekruiste patronen) om de smering bij opstart te verbeteren

Vermijden van oppervlaktefouten die vroegtijdige slijtage van de lip kunnen veroorzaken

Juiste voorbereiding van de as is een essentieel onderdeel van betrouwbare afdichting bij lage temperatuur

Samenhang op systeemniveau: Thermische aanpassing en tolerantiebeheersing

Stabiele afdekking bij lage temperaturen vereist een systeemniveau-aanpak:

Gecoördineerde thermische krimp tussen componenten

Rekening houden met assemblagetoleranties onder omstandigheden van lage temperatuur

Selectie van smeermiddelen met geschikte stroming en hechtingskenmerken bij lage temperaturen

Alleen door thermisch-mechanische systeemcoördinatie kan de afdichtlip een constante contactdruk handhaven gedurende de gehele bedrijfsduur.

De sleutel tot succesvolle afdichting bij lage temperaturen is niet overdreven interferentie, maar het creëren van een afdichtsysteem met intrinsieke temperatuuraanpassingsvermogen.

Door geoptimaliseerde materialen, lipvorm, veersystemen, asoppervlakte-ontwerp en thermische aanpassing op systeemniveau te integreren, kan betrouwbare afdichtprestatie en verlengde levensduur worden bereikt, zelfs onder veeleisende omstandigheden van lage temperatuur.