Como os retentores de óleo tipo esqueleto para sistemas de eixos de robôs podem compensar a interferência labial em condições de baixa temperatura?

Em aplicações de baixa temperatura, como sistemas de eixos de robôs, retentores de óleo tipo esqueleto (retentor radial do eixo) frequentemente, observa-se vazamento de óleo, aumento do desgaste em partidas e paradas bruscas e desempenho instável da vedação. A experiência em campo demonstra que essas falhas geralmente não são causadas por instalação inadequada, mas sim pela perda da compensação efetiva da interferência do lábio em baixas temperaturas.

Este artigo analisa como a baixa temperatura afeta a interferência labial e descreve estratégias práticas de projeto para melhorar a confiabilidade da vedação em condições de operação a frio.

Influência da baixa temperatura na interferência labial

Os retentores de óleo tipo esqueleto dependem da pressão de contato estável entre o lábio de vedação e a superfície do eixo para evitar vazamentos. Em condições de baixa temperatura, diversos efeitos combinados levam à degradação sistemática do desempenho da vedação:

Endurecimento de borracha

Com a diminuição da temperatura, o módulo de elasticidade dos elastômeros aumenta e a flexibilidade do material diminui, reduzindo a capacidade do lábio de se conformar à superfície do eixo.

Incompatibilidade de Expansão Térmica

Elastômeros, invólucros metálicos e eixos apresentam taxas de contração térmica diferentes. Essa incompatibilidade altera a interferência e a pressão de contato reais em baixas temperaturas.

Deterioração da lubrificação

O aumento da viscosidade do lubrificante retarda a formação da película de óleo durante a partida, levando a interface de vedação a regimes de fricção limite ou mista e acelerando o desgaste.

O problema central, portanto, não é simplesmente a interferência insuficiente, mas a incapacidade do lábio de gerar continuamente uma pressão de contato eficaz em baixas temperaturas.

Determinação racional da interferência

A interferência labial deve ser otimizada com base nas condições de operação (pressão, velocidade), propriedades do material e diâmetro do eixo.

Os valores típicos recomendados variam de 0,35 a 0,55 mm, enquanto certas aplicações de alta carga podem exigir até 0,8 mm.

No entanto, aumentar a interferência indiscriminadamente não é recomendável. Interferências excessivas podem aumentar o torque de atrito, acelerar o desgaste e aumentar a geração de calor. Os valores finais devem sempre ser verificados por meio de simulação e testes de validação.

Seleção de materiais: foco na resistência a baixas temperaturas

A manutenção da força de vedação em baixas temperaturas depende principalmente da recuperação elástica e da resiliência do material, e não apenas da sua "resistência ao frio" nominal:

FVMQ

Adequado para temperaturas extremamente baixas, oferecendo boa flexibilidade aliada à resistência a óleo. Frequentemente utilizado em robôs colaborativos e sistemas que exigem alta conformidade.

FKM formulado para baixa temperatura

Oferece equilíbrio entre resistência ao óleo, resistência ao envelhecimento e melhor recuperação em baixas temperaturas, sendo adequado para sistemas de vedação com temperaturas moderadas a baixas.

HNBR

Proporciona um equilíbrio entre elasticidade a baixas temperaturas e resistência mecânica, sendo comumente aplicado em equipamentos para uso externo e máquinas de engenharia.

O critério fundamental é se o material consegue manter uma recuperação elástica eficaz a baixas temperaturas, e não apenas sobreviver à exposição ao frio.

Sistema de molas: um mecanismo de compensação crítico

Com o aumento da rigidez da borracha em baixas temperaturas, a mola torna-se a principal fonte de compensação da pressão de contato:

Curso efetivo adequado e força da mola estável em baixas temperaturas.

Distribuição coordenada da carga entre a mola e a geometria do lábio

Para ambientes extremamente frios, recomenda-se fortemente o uso de designs de lábio com molas radiais.

Um sistema de molas bem projetado melhora significativamente a estabilidade da vedação quando a flexibilidade do elastômero é reduzida.

Otimização estrutural para adaptabilidade à temperatura

Em vez de aumentar a interferência, a otimização estrutural costuma ser mais eficaz para melhorar o desempenho em baixas temperaturas:

Secção transversal do lábio reduzida para melhorar a flexibilidade.

Braço elástico alongado para melhorar a capacidade de acompanhamento.

Ângulo de contato otimizado para obter uma distribuição de pressão mais uniforme e reduzir o desgaste das bordas.

O objetivo do projeto é permitir que o lábio de vedação responda dinamicamente, em vez de suportar passivamente a perda de desempenho.

Condição da superfície do eixo: um fator decisivo em baixas temperaturas.

Como a formação da película de óleo é mais difícil em baixas temperaturas, a qualidade da superfície do eixo torna-se especialmente crítica:

A rugosidade da superfície é controlada entre Ra 0,2 e 0,4 μm para equilibrar a retenção de óleo e a conformidade.

Introdução de microtexturas (por exemplo, padrões quadriculados) para melhorar a lubrificação inicial.

Evitar defeitos superficiais que podem desencadear o desgaste precoce dos lábios.

A preparação adequada do eixo é essencial para a confiabilidade da vedação em baixas temperaturas.

Coordenação em nível de sistema: correspondência térmica e controle de tolerância

A vedação estável em baixas temperaturas requer uma abordagem sistêmica:

Contração térmica coordenada entre componentes

Consideração das tolerâncias de montagem em condições de baixa temperatura.

Seleção de lubrificantes com propriedades adequadas de fluxo e adesão em baixas temperaturas.

Somente através da coordenação do sistema termomecânico é que o lábio de vedação consegue manter uma pressão de contato constante durante toda a operação.

A chave para uma vedação bem-sucedida em baixas temperaturas não é a interferência excessiva, mas sim a criação de um sistema de vedação com adaptabilidade térmica intrínseca.

Ao integrar materiais otimizados, geometria dos lábios, sistemas de molas, design da superfície do eixo e correspondência térmica em nível de sistema, é possível obter um desempenho de vedação confiável e uma vida útil prolongada, mesmo em condições exigentes de baixa temperatura.