Como as Vedações de Óleo Skeleton Mantêm uma Vedação Estável sob Movimento Recíproco em Ângulo Amplo de ±180 Graus em Robôs Industriais?

Os robôs industriais operam em condições de alta precisão e alto carregamento, tornando o desempenho de vedação de cada junta crítico. Quando o eixo da junta realiza uma rotação recíproca de ±180°, os conceitos tradicionais de vedação enfrentam desafios significativos. O movimento de inversão de alta frequência e ângulo limitado tende a perturbar a película de lubrificação, fazendo com que a borda de vedação entre frequentemente em contato com a superfície do eixo. Isso leva ao aumento da fricção, desgaste acelerado, flutuações de torque e acúmulo térmico que eventualmente podem degradar o material de vedação. Resolver esse problema exige uma abordagem abrangente que integre seleção de materiais, projeto da borda de vedação, gestão térmica e precisão de instalação.

Seleção de Material: Garantir Baixa Fricção e Resistência ao Desgaste

A escolha do material é fundamental para resolver problemas de fricção e desgaste. Para este tipo de movimento, o princípio é utilizar materiais de baixa fricção para a vedação principal e materiais de alta elasticidade para a vedação auxiliar.

Material da Vedação Principal

Recomendam-se materiais compostos de PTFE para o lábio de vedação primário. O PTFE oferece um coeficiente de atrito excepcionalmente baixo (tão baixo quanto 0,02–0,1), excelente auto-lubrificação e forte resistência ao desgaste, tornando-o ideal para movimentos alternados de longo prazo.

Materiais para Vedação Auxiliar

O FKM e o HNBR proporcionam elasticidade, capacidade de vedação e resistência ao óleo e à temperatura. Operam com confiabilidade de –50°C a +150°C e são comumente utilizados em lábios anti-poeira, O-rings estáticos ou como elementos elásticos de apoio para vedações primárias de PTFE.

Materiais Especiais

Para condições extremas, como altas temperaturas ou meios corrosivos, o FFKM oferece resistência química e térmica sem igual. Devido ao seu alto custo, normalmente é reservado para aplicações especializadas em ambientes químicos ou semicondutores.

Design do Lábio: Da Obstrução Passiva à Vedação Dinâmica Ativa

Os designs tradicionais de lábio baseiam-se no contato físico passivo. No entanto, a rotação alternada exige um mecanismo de vedação mais ativo.

Geometria de Lábio Hidrodinâmico

A utilização de perfis labiais do tipo Z, K ou S pode gerar um efeito de microbombeamento durante o movimento do eixo. Esse efeito devolve pequenas quantidades de lubrificante à câmara de vedação, mantendo a lubrificação e reduzindo o atrito.

Estrutura Dupla Lábio

Uma configuração com duplo lábio separa claramente as funções:

O lábio principal vedação o lubrificante.

O lábio secundário, normalmente feito de borracha elástica, impede a entrada de poeira e umidade.

Essa divisão melhora a confiabilidade geral da vedação.

Pré-carga por Mola: Estabilização da Pressão de Contato

Manter uma pressão de contato constante é essencial em aplicações com movimento alternado. Uma mola interna fornece a pré-carga necessária para garantir o contato contínuo entre o lábio e a superfície do eixo. À medida que o lábio desgasta, a mola compensa automaticamente, evitando a degradação do desempenho. As molas devem oferecer alta resistência à fadiga e estabilidade química para evitar relaxamento ou ruptura ao longo do tempo.

Resistência ao Desgaste e Design de Baixo Atrito

A resistência ao desgaste depende não apenas das propriedades do material, mas também do projeto geral do sistema.

Materiais Autolubrificantes

A capacidade do PTFE de formar uma película de transferência reduz significativamente o desgaste. Revestimentos com lubrificantes sólidos, como dissulfeto de molibdênio (MoS₂), podem melhorar ainda mais a fase inicial de amaciamento e o desempenho a longo prazo.

Opção Avançada: Estruturas de Vedação com Rolamento

Para aplicações extremamente exigentes, pode-se utilizar uma vedação do tipo rolamento. Ao incorporar elementos rolantes dentro do anel de vedação, o atrito deslizante é convertido em atrito de rolamento, reduzindo o torque em mais de 70% e praticamente eliminando o desgaste. Esta solução é mais cara e normalmente utilizada em sistemas de alta confiabilidade.

Gestão Térmica: Controle da Geração de Calor

Altas temperaturas são comuns em movimentos alternados, portanto, o sistema de vedação deve suportar calor e minimizar a geração de calor.

Materiais para Amplo Intervalo de Temperatura

PTFE, FKM e HNBR mantêm desempenho estável de –50°C a +150°C, garantindo vedação confiável em diferentes temperaturas.

Design de Baixa Geração de Calor

O uso de materiais de baixo atrito e a otimização da pressão de contato reduzem o calor gerado por fricção na fonte, prevenindo o envelhecimento térmico da vedação.

Instalação e Integração do Sistema: A Precisão é Fundamental

Mesmo o melhor projeto de vedação exige uma instalação precisa para alcançar desempenho ideal.

Precisão na Instalação

A superfície do eixo deve atender aos requisitos de dureza e rugosidade, e ferramentas especializadas devem ser utilizadas para garantir o alinhamento adequado e evitar deformação da ponta.

Conjuntos Modulares de Vedação

Muitos fornecedores agora oferecem módulos de vedação pré-montados e pré-lubrificados. Estes simplificam a instalação, reduzem variabilidade e melhoram a consistência.

Durabilidade de Longo Prazo

O desempenho de vedação a longo prazo depende da rigidez estrutural e do design elástico. Uma caixa metálica robusta impede a deformação durante a instalação, enquanto os componentes elásticos devem equilibrar a compensação do escoamento do eixo com força de vedação estável.

Para as juntas de robôs industriais que operam com rotação recíproca de ±180°, a vedação eficaz requer uma abordagem a nível do sistema. Ao selecionar materiais adequados, como PTFE e FKM, otimizando a geometria dos lábios e a pré-carga da mola e garantindo uma gestão térmica e de instalação adequada, é possível reduzir significativamente o atrito, minimizar o desgaste e manter a estabilidade de vedação a longo prazo. Para ambientes extremos, podem ser considerados projetos estruturais avançados ou materiais especiais para garantir um desempenho fiável sob alta carga e operação de alta frequência.