Cum mențin etanșările cu inel de ulei tip Skeleton o etanșare stabilă în condiții de mișcare reciprocă la unghiuri mari de ±180 de grade în roboții industriali?

Roboții industriali funcționează în condiții de mare precizie și sarcină ridicată, ceea ce face ca performanța de etanșare a fiecărui cuplă să fie critică. Atunci când arborele cuplajului efectuează o rotație reciprocă de ±180°, conceptele tradiționale de etanșare se confruntă cu provocări semnificative. Mișcarea de inversare cu unghi limitat și frecvență ridicată tinde să perturbe filmul de ungere, determinând buza de etanșare să intre frecvent în contact cu suprafața arborelui. Acest lucru duce la creșterea frecării, uzură accelerată, fluctuații ale cuplului și acumularea de căldură, care în final poate degrada materialul de etanșare. Rezolvarea acestei probleme necesită o abordare cuprinzătoare care integrează selecția materialelor, proiectarea buzei, gestionarea termică și precizia montajului.

Selecția materialelor: Asigurarea unei frecări reduse și rezistență la uzură

Alegerea materialului este fundamentală pentru rezolvarea problemelor de frecare și uzură. Pentru acest tip de mișcare, principiul constă în utilizarea unor materiale cu frecare redusă pentru etanșarea principală și materiale cu elasticitate ridicată pentru etanșarea auxiliară.

Material pentru etanșarea principală

Materialele compozite din PTFE sunt recomandate pentru buza principală de etanșare. PTFE oferă un coeficient de frecare excepțional de scăzut (între 0,02 și 0,1), o auto-lubrifiere excelentă și o rezistență puternică la uzură, ceea ce le face ideale pentru mișcări alternative pe termen lung.

Materiale pentru etanșări auxiliare

FKM și HNBR oferă elasticitate, capacitate de etanșare și rezistență la ulei și temperatură. Ele funcționează fiabil între –50°C și +150°C și sunt utilizate frecvent pentru buze anti-praf, inele O statice sau ca elemente elastice de susținere pentru etanșările principale din PTFE.

Materiale Speciale

Pentru condiții extreme, cum ar fi temperaturi ridicate sau medii corozive, FFKM oferă o rezistență termică și chimică fără egal. Din cauza costului său ridicat, este utilizat în general doar în aplicații specializate din domeniul chimic sau semiconductor.

Proiectarea buzei: de la blocarea pasivă la etanșarea dinamică activă

Proiectările tradiționale ale buzelor se bazează pe contact fizic pasiv. Totuși, rotația alternativă necesită un mecanism de etanșare mai activ.

Geometrie hidrodinamică a buzei

Utilizarea profilurilor de tip Z, K sau S poate genera un efect de micro-pompare în timpul mișcării arborelui. Acest efect returnează mici cantități de lubrifiant înapoi în camera de etanșare, menținând lubrifierea și reducând frecarea.

Structură cu dublu buzunar

O configurație cu dublu buzunar separă clar funcțiile:

Buzunarul principal etanșează lubrifiantul.

Buzunarul secundar, de obicei realizat din cauciuc elastic, previne pătrunderea prafului și a umidității.

Această separare sporește fiabilitatea generală a etanșării.

Preîncărcare cu arc: Stabilizarea presiunii de contact

Menținerea unei presiuni constante de contact este esențială în aplicațiile cu mișcare alternantă. Un arc interior asigură preîncărcarea necesară pentru a garanta contactul continuu între buzunar și suprafața arborelui. Pe măsură ce buzunarul se uzează, arcul compensează automat, prevenind degradarea performanței. Arcele trebuie să ofere o rezistență ridicată la oboseală și stabilitate chimică pentru a evita relaxarea sau ruperea în timp.

Rezistență la uzare și design cu frecare redusă

Rezistența la uzură depinde nu doar de proprietățile materialului, ci și de proiectarea generală a sistemului.

Materiale autolubrifiante

Capacitatea PTFE de a forma un film de transfer reduce semnificativ uzura. Acoperirile cu lubrifiant solid, cum ar fi disulfura de molibden (MoS₂), pot îmbunătăți suplimentar rodajul inițial și performanța pe termen lung.

Opțiune avansată: Structuri de etanșare cu rulment

Pentru aplicații extrem de solicitante, se poate utiliza o etanșare de tip rulant. Prin integrarea elementelor rulante în inelul de etanșare, frecarea de alunecare este transformată în frecare de rostogolire, ceea ce reduce cuplul cu peste 70% și elimină aproape complet uzura. Această soluție este mai costisitoare și este utilizată în mod obișnuit în sistemele cu înaltă fiabilitate.

Gestionarea termică: Controlul generării căldurii

Temperaturile ridicate sunt frecvente în mișcarea alternantă, astfel că sistemul de etanșare trebuie să tolereze căldura și să minimizeze generarea acesteia.

Materiale pentru gamă largă de temperaturi

PTFE, FKM și HNBR mențin performanțe stabile de la 50 °C la +150 °C, asigurând o etanșare fiabilă la temperaturi variabile.

Proiectarea pentru producerea de căldură redusă

Utilizarea materialelor cu fricțiune scăzută și optimizarea presiunii de contact reduc căldura de frecare la sursă, prevenind îmbătrânirea termică a sigiliului.

Instalarea și integrarea sistemului: chestiuni de precizie

Chiar şi cel mai bun design de sigiliu necesită o instalaţie precisă pentru a obţine performanţe optime.

Precizia instalației

Suprafața arborelui trebuie să îndeplinească cerințele de duritate și asprime, iar unelte specializate trebuie utilizate pentru a asigura alinierea corectă și pentru a evita deformarea buzelor.

Încărcături de sigiliu modulare

Mulți furnizori oferă acum module de etanșare pre-montabile și pre-lubrificate. Acestea simplifică instalarea, reduc variabilitatea şi îmbunătăţesc consecvenţa.

Durabilitate pe termen lung

Performanța de etanșare pe termen lung depinde de rigiditatea structurală și de proiectarea elastică. Un carcas metalic robust previne deformarea în timpul instalării, în timp ce componentele elastice trebuie să echilibreze compensarea excentricității arborelui cu o forță stabilă de etanșare.

Pentru articulațiile roboților industriali care funcționează în condiții de rotație reciprocă ±180°, etanșarea eficientă necesită o abordare la nivel de sistem. Prin alegerea unor materiale adecvate, cum ar fi PTFE și FKM, optimizarea geometriei buzei și a preîncărcării arcului, precum și gestionarea corespunzătoare a factorilor termici și de instalare, este posibilă reducerea semnificativă a frecării, minimizarea uzurii și menținerea stabilității etanșării pe termen lung. În cazul mediilor extreme, se pot lua în considerare soluții avansate de proiectare structurală sau materiale speciale pentru a asigura o funcționare fiabilă în condiții de sarcină mare și operațiune de înaltă frecvență.