W jaki sposób uszczelki olejowe typu Skeleton zapewniają stabilne uszczelnienie przy wahaniach o dużym kącie ±180 stopni w robotach przemysłowych?

Roboty przemysłowe działają w warunkach wysokiej precyzji i dużego obciążenia, przez co wydajność uszczelniania każdego z połączeń jest krytyczna. Gdy wał połączenia wykonuje ruch posuwisto-zwrotny o zakresie ±180°, tradycyjne koncepcje uszczelniania napotykają znaczne trudności. Ruch zwrotny o wysokiej częstotliwości i ograniczonym kącie może naruszać warstwę smaru, powodując częste kontaktowanie się wargi uszczelniającej z powierzchnią wału. Skutkuje to zwiększonym tarciem, przyśpieszonym zużyciem, drganiami momentu obrotowego oraz nagromadzaniem ciepła, co ostatecznie może prowadzić do degradacji materiału uszczelniającego. Rozwiązanie tego problemu wymaga kompleksowego podejścia, obejmującego dobór materiału, projektowanie wargi uszczelniającej, zarządzanie temperaturą oraz dokładność montażu.

Dobór materiału: Zapewnienie niskiego tarcia i odporności na zużycie

Wybór materiału ma podstawowe znaczenie dla rozwiązania problemów związanych z tarciem i zużyciem. W przypadku tego typu ruchu zasadą jest stosowanie materiałów o niskim współczynniku tarcia dla uszczelnienia głównego oraz materiałów o wysokiej elastyczności dla uszczelnień pomocniczych.

Materiał uszczelnienia głównego

Zaleca się zastosowanie materiałów kompozytowych PTFE do wargi uszczelniającej podstawowej. PTFE charakteryzuje się wyjątkowo niskim współczynnikiem tarcia (aż do 0,02–0,1), doskonałym smarowaniem własnym oraz wysoką odpornością na zużycie, co czyni go idealnym rozwiązaniem do długotrwałego ruchu posuwisto-zwrotnego.

Materiały uszczelek pomocniczych

FKM i HNBR zapewniają sprężystość, zdolność uszczelniania oraz odporność na oleje i temperaturę. Działają niezawodnie w zakresie od –50°C do +150°C i są powszechnie stosowane w wargach przeciwpyłowych, nieruchomych pierścieniach typu O-rings lub jako sprężyste elementy wspierające uszczelki podstawowe PTFE.

Materiały specjalne

W przypadku ekstremalnych warunków, takich jak wysokie temperatury lub środowiska korozyjne, FFKM oferuje niepoddające się porównaniu odporność chemiczną i termiczną. Ze względu na wysoką cenę jest zwykle rezerwowany dla zastosowań specjalistycznych w środowiskach chemicznych lub półprzewodnikowych.

Projekt wargi: od biernego zablokowania do aktywnego uszczelniania dynamicznego

Tradycyjne projekty warg polegają na biernym kontakcie fizycznym. Ruch obrotowy posuwisto-zwrotny wymaga jednak bardziej aktywnego mechanizmu uszczelniającego.

Geometria wargi hydrodynamicznej

Użycie uszczelek w typie Z, K lub S może generować efekt mikropompowania podczas ruchu wału. Ten efekt powoduje powrót niewielkich ilości smaru do komory uszczelniającej, utrzymując smarowanie i zmniejszając tarcie.

Konstrukcja dwuuszczelkowa

Dwuuszczelkowa konfiguracja wyraźnie oddziela funkcje:

Główna uszczelka zabezpiecza smar.

Uszczelka wtórna, zazwyczaj wykonana z elastycznego gumowego materiału, zapobiega przedostawaniu się kurzu i wilgoci.

Takie rozdzielenie funkcji zwiększa ogólną niezawodność uszczelnienia.

Wstępne obciążenie sprężyny: Stabilizacja ciśnienia kontaktowego

Utrzymanie stałego ciśnienia kontaktowego jest kluczowe w zastosowaniach posuwisto-zwrotnych. Wewnętrzna sprężyna zapewnia niezbędne wstępne obciążenie, gwarantując ciągły kontakt między uszczelką a powierzchnią wału. W miarę zużycia uszczelki sprężyna automatycznie kompensuje zużycie, zapobiegając degradacji wydajności. Sprężyny muszą charakteryzować się wysoką odpornością na zmęczenie oraz stabilnością chemiczną, aby uniknąć relaksacji lub pęknięcia w czasie.

Odporność na zużycie i konstrukcja o niskim współczynniku tarcia

Odporność na zużycie zależy nie tylko od właściwości materiału, ale także od ogólnego projektu systemu.

Materiały samotłoczące

PTFE ma zdolność tworzenia warstwy przejściowej, co znacząco zmniejsza zużycie. Powłoki smarne takie jak disiarczek molibdenu (MoS₂) mogą dodatkowo poprawić proces docierania i długoterminową wydajność.

Zaawansowana opcja: Konstrukcje uszczelek tocznych

W przypadku szczególnie wymagających zastosowań można zastosować uszczelkę toczną. Poprzez umieszczenie elementów tocznych wewnątrz pierścienia uszczelniającego, tarcie ślizgowe jest zamieniane na tarcie toczne, co zmniejsza moment obrotowy o ponad 70% i niemal całkowicie eliminuje zużycie. To rozwiązanie jest droższe i zazwyczaj stosowane w systemach o wysokiej niezawodności.

Zarządzanie temperaturą: Obsługa generowania ciepła

Wysokie temperatury są powszechne przy ruchu posuwisto-zwrotnym, dlatego system uszczelniający musi wykazywać odporność na ciepło i minimalizować jego generowanie.

Materiały o szerokim zakresie temperatur

PTFE, FKM i HNBR zapewniają stabilną wydajność w zakresie od –50°C do +150°C, gwarantując niezawodne uszczelnienie przy różnych temperaturach.

Konstrukcja o niskim wydzielaniu ciepła

Zastosowanie materiałów o niskim współczynniku tarcia oraz optymalizacja ciśnienia kontaktowego zmniejszają tarcie już na etapie źródła, zapobiegając termicznemu starzeniu się uszczelki.

Montaż i integracja systemu: precyzja ma znaczenie

Nawet najlepsza konstrukcja uszczelki wymaga precyzyjnego montażu, aby osiągnąć optymalną wydajność.

Dokładność montażu

Powierzchnia wału musi spełniać wymagania dotyczące twardości i chropowatości, a do montażu należy używać specjalistycznych narzędzi, aby zapewnić prawidłowe wyrównanie i uniknąć deformacji wargi uszczelki.

Modułowe zespoły uszczelnień

Wiele dostawców oferuje obecnie komplety uszczelnień wstępnie zmontowane i nasmarowane. Upraszczają one montaż, zmniejszają różnice wynikające z ręcznego wykonania i poprawiają spójność.

Długotrwała trwałość

Długotrwała skuteczność uszczelniania zależy od sztywności konstrukcyjnej i elastycznego projektu. Wytrzymała metalowa obudowa zapobiega odkształceniom podczas instalacji, podczas gdy elementy elastyczne muszą zapewniać równowagę między kompensacją bicia wału a stabilną siłą uszczelniania.

W przypadku przekładni robotów przemysłowych pracujących w warunkach ±180° ruchu obrotowego, skuteczne uszczelnienie wymaga podejścia systemowego. Poprzez dobór odpowiednich materiałów, takich jak PTFE i FKM, optymalizację geometrii wargi i wstępnego napięcia sprężyny oraz zapewnienie właściwego zarządzania temperaturą i montażem, możliwe jest znaczne zmniejszenie tarcia, minimalizacja zużycia oraz utrzymanie długotrwałej stabilności uszczelniania. W ekstremalnych warunkach można rozważyć zaawansowane rozwiązania konstrukcyjne lub specjalistyczne materiały, aby zagwarantować niezawodną pracę przy dużym obciążeniu i wysokiej częstotliwości działania.