Cum pot compenseze garniturile de ulei cu schelet pentru sistemele de arbore ale roboților interferența buzelor în condiții de temperatură scăzută?

În aplicațiile cu temperatură scăzută, cum ar fi sistemele de arbore ale roboților, etanșările cu schelet (etanșare radială de arbore) întâmpină frecvent scurgeri de ulei, uzură crescută la pornire-oprire și performanțe instabile de etanșare. Experiența practică arată că aceste defecte nu sunt adesea cauzate de instalarea necorespunzătoare, ci de pierderea compensării eficiente a interferenței buzei la temperaturi joase.

Acest articol analizează modul în care temperatura joasă afectează interferența buzei și prezintă strategii practice de proiectare pentru a îmbunătăți fiabilitatea etanșării în condiții de funcționare rece.

Influența temperaturii joase asupra interferenței buzei

Etanșările cu schelet se bazează pe o presiune de contact stabilă între buza de etanșare și suprafața arborelui pentru a preveni scurgerile. În condiții de temperatură scăzută, mai mulți efecte cuplate conduc la degradarea sistematică a performanței de etanșare:

Întărirea cauciucului

Pe măsură ce temperatura scade, modulul de elasticitate al elastomerilor crește, iar flexibilitatea materialului scade, reducând capacitatea buzei de a se adapta la suprafața arborelui.

Incompatibilitatea Dilatării Termice

Elastomerii, carcasele metalice și arborii prezintă rate diferite de contracție termică. Această neconcordanță modifică interferența reală și presiunea de contact la temperaturi joase.

Degradarea lubrifiantului

Creșterea vâscozității lubrifiantului întârzie formarea filmului de ulei în timpul pornirii, determinând interfața de etanșare să intre în regimuri de frecare limită sau mixtă, accelerând uzura.

Problema de bază nu este deci doar o interferență insuficientă, ci incapacitatea buzei de a genera în mod continuu o presiune eficientă de contact la temperaturi joase.

Determinarea rațională a interferenței

Interferența buzei trebuie optimizată în funcție de condițiile de funcționare (presiune, viteză), proprietățile materialului și diametrul arborelui.

Valorile tipice recomandate sunt cuprinse între 0,35–0,55 mm, în timp ce anumite aplicații cu sarcini mari pot necesita până la 0,8 mm.

Cu toate acestea, nu se recomandă creșterea excesivă a interferenței. O interferență prea mare poate crește cuplul de frecare, accelera uzura și genera mai multă căldură. Valorile finale trebuie întotdeauna verificate prin simulare și teste de validare.

Selectarea materialului: accent pe rezistența la temperaturi scăzute

Menținerea forței de etanșare la temperaturi joase depinde în primul rând de recuperarea elastică și de resiliența materialului, nu doar de „rezistența la frig” nominală:

FVMQ

Potrivit pentru temperaturi extrem de scăzute, oferind o bună flexibilitate combinată cu rezistență la ulei. Este utilizat frecvent în roboți colaborativi și sisteme care necesită o înaltă conformitate.

FKM formulat pentru temperaturi scăzute

Asigură un echilibru între rezistența la ulei, rezistența la îmbătrânire și revenirea la temperaturi scăzute îmbunătățită, fiind potrivit pentru sisteme de etanșare de la temperaturi moderate la cele scăzute.

HNBR

Oferă un compromis între elasticitatea la temperaturi scăzute și rezistența mecanică, fiind des utilizat în echipamentele din exterior și mașinile inginerești.

Criteriul cheie este dacă materialul poate menține o recuperare elastică eficientă la temperatură scăzută, nu doar dacă supraviețuiește expunerii la frig.

Sistem de arc: Un mecanism critic de compensare

Pe măsură ce rigiditatea cauciucului crește la temperatură scăzută, arcul devine sursa principală de compensare a presiunii de contact:

Cursă eficientă adecvată și forță stabilă a arcului la temperatură scăzută

Împărțire coordonată a sarcinii între arc și geometria buzei

Pentru medii extrem de reci, se recomandă în mod expres soluțiile constructive cu arcuri garter radiale

Un sistem de arc bine proiectat îmbunătățește semnificativ stabilitatea etanșării atunci când conformabilitatea elastomerului este redusă.

Optimizare structurală pentru adaptabilitate la temperatură

În loc să se mărească interferența, optimizarea structurală este adesea mai eficientă pentru îmbunătățirea performanței la temperatură scăzută:

Secțiune transversală redusă a buzei pentru a îmbunătăți flexibilitatea

Lungime extinsă a brațului elastic pentru a îmbunătăți capacitatea de urmărire

Unghi de contact optimizat pentru a obține o distribuție mai uniformă a presiunii și pentru a reduce uzura marginală

Scopul proiectării este ca buza de etanșare să răspundă dinamic, nu doar să suporte pasiv pierderea de performanță

Starea suprafeței arborelui: Un factor decisiv la temperaturi scăzute

Deoarece formarea peliculei de ulei este mai dificilă la temperaturi scăzute, calitatea suprafeței arborelui devine deosebit de importantă:

Rugozitatea suprafeței controlată în limitele Ra 0,2–0,4 μm pentru a echilibra retenția uleiului și conformitatea

Introducerea unor microtexturi (de exemplu, modele cruce) pentru a îmbunătăți ungerea la pornire

Evitarea defectelor de suprafață care pot declanșa uzura prematură a buzei

Pregătirea corespunzătoare a arborelui este o parte esențială a fiabilității etanșării la temperaturi scăzute

Coordonarea la nivel de sistem: Potrivire termică și controlul toleranțelor

Sigilarea stabilă la temperaturi joase necesită o abordare la nivel de sistem:

Contractia termică coordonată între componente

Luarea în considerare a toleranțelor de asamblare în condiții de temperatură scăzută

Selectarea lubrifiantilor cu proprietăți adecvate de curgere și adeziune la temperaturi joase

Numai prin coordonarea sistemului termo-mecanic poate buza de etanșare menține o presiune constantă de contact pe tot parcursul funcționării.

Cheia unei sigilări reușite la temperaturi joase nu este interferența excesivă, ci crearea unui sistem de etanșare cu adaptabilitate intrinsecă la temperatură.

Prin integrarea materialelor optimizate, geometriei buzei, sistemelor cu arc, proiectării suprafeței arborelui și potrivirii termice la nivel de sistem, se poate obține o performanță fiabilă de etanșare și o durată de viață prelungită, chiar și în condiții severe de temperatură joasă.