Ako udržiavajú kostróne olejové tesnenia stabilné tesnenie pri ±180 stupňoch veľkého uhla pri vratnom pohybe v priemyselných robotoch?

Priemyselné roboty pracujú za podmienok vysokého presnosti a veľkého zaťaženia, čo robí tesniacu schopnosť každého kĺbu kritickou. Keď sa kĺbová hriadeľ pohybuje o ±180° s vratným pohybom, tradičné koncepty tesnenia čelia významným výzvam. Pohyb s vysokou frekvenciou a obmedzeným uhlom otáčania má tendenciu narušiť mazaciu vrstvu, čo spôsobuje, že tesniaci okraj pravidelne prichádza do kontaktu s povrchom hriadele. To vedie k zvýšenému treniu, urýchlenému opotrebeniu, kolísaniu krútiaceho momentu a tepelnému zaťaženiu, ktoré môže nakoniec degradovať tesniaci materiál. Riešenie tohto problému vyžaduje komplexný prístup, ktorý zahŕňa výber materiálu, návrh tesniaceho okraja, riadenie tepla a presnosť inštalácie.

Výber materiálu: Zabezpečenie nízkeho trenia a odolnosti proti opotrebeniu

Voľba materiálu je základná pre riešenie problémov s trením a opotrebením. Pri tomto type pohybu platí zásada použiť nízko-trecie materiály pre hlavné tesnenie a materiály s vysokou pružnosťou pre pomocné tesnenie.

Materiál hlavného tesnenia

Pre primárny tesniaci ústny sú odporúčané kompozitné materiály z PTFE. PTFE ponúka výnimočne nízky koeficient trenia (až 0,02–0,1), vynikajúcu samomaznosť a silnú odolnosť voči opotrebeniu, čo ho robí ideálnym pre dlhodobý posuvný pohyb.

Materiály pre pomocné tesnenia

FKM a HNBR zabezpečujú pružnosť, tesniacu schopnosť a odolnosť voči oleji a teplote. Spoľahlivo fungujú v rozmedzí od –50 °C do +150 °C a bežne sa používajú pre prachové ústne, statické O-krúžky alebo ako pružné nosné prvky pre PTFE primárne tesnenia.

Špeciálne materiály

Pre extrémne podmienky, ako sú vysoké teploty alebo korozívne médium, ponúka FFKM nevyhnutnú chemickú a tepelnú odolnosť. Vzhľadom na svoju vysokú cenu sa zvyčajne používa len pre špecializované aplikácie v chemickom alebo polovodičovom prostredí.

Návrh ústneho tesnenia: od pasívneho blokovania po aktívne dynamické tesnenie

Tradičné návrhy ústnych tesnení sa opierajú o pasívny fyzický kontakt. Avšak posuvný rotačný pohyb vyžaduje aktívnejší tesniaci mechanizmus.

Hydrodynamická geometria ústneho tesnenia

Použitie tesniacich profilov typu Z, K alebo S môže pri pohybe hriadeľa vyvolať mikročerpacia efekt. Tento efekt vráti malé množstvá maziva späť do tesniacej komory, čím udržiava mazanie a znižuje trenie.

Dvojité tesnenie s dvoma vreckami

Dvojvrecková konfigurácia jasne rozdeľuje funkcie:

Hlavné vrecko tesní mazivo.

Sekundárne vrecko, zvyčajne vyrobené z elastickej gumy, bráni vnikaniu prachu a vlhkosti.

Toto rozdelenie zvyšuje celkovú spoľahlivosť tesnenia.

Predpätie pružiny: Stabilizácia tlakovej sily kontaktu

Udržiavanie konštantnej tlakovej sily kontaktu je nevyhnutné pri vratných aplikáciách. Vnútorná pružina zabezpečuje potrebné predpätie, aby sa zabezpečil nepretržitý kontakt medzi vreckom a povrchom hriadeľa. Keď sa vrecko opotrebuje, pružina sa automaticky kompenzuje, čím sa zabráni degradácii výkonu. Pružiny musia mať vysokú odolnosť voči únave a chemickú stabilitu, aby sa zabránilo uvoľneniu alebo zlomeniu v priebehu času.

Odolnosť voči opotrebeniu a nízke trenie

Odolnosť voči opotrebeniu závisí nielen od vlastností materiálu, ale aj od celkového návrhu systému.

Samomazné materiály

PTFE má schopnosť tvoriť prenosovú vrstvu, čo výrazne zníži opotrebenie. Tuhé mazacie povlaky, ako disulfid molybdénu (MoS₂), môžu ďalej zlepšiť prvotné behanie a dlhodobý výkon.

Pokročilá voľba: valivé tesniace konštrukcie

Pre mimoriadne náročné aplikácie možno použiť tesnenie valivého typu. Začlenením valivých členov do tesniaceho krúžku sa posuvné trenie mení na valivé trenie, čím sa zníži moment až o viac než 70 % a takmer eliminuje opotrebenie. Toto riešenie je nákladnejšie a zvyčajne sa používa v systémoch s vysokou spoľahlivosťou.

Termálny manažment: Riadenie tvorby tepla

Vysoké teploty sú bežné pri vratnom pohybe, preto musí tesniaci systém vydržať teplo a minimalizovať tvorbu tepla.

Materiály s širokým rozsahom teplôt

PTFE, FKM a HNBR zachovávajú stabilný výkon od –50 °C do +150 °C, čo zabezpečuje spoľahlivé tesnenie pri rôznych teplotách.

Nízko-tepelne generujúci dizajn

Použitie materiálov s nízkym trením a optimalizácia kontaktnej tlakovej sily znížia trenie vo zdroji, čím sa zabráni tepelnému starnutiu tesnenia.

Inštalácia a integrácia systému: Presnosť má význam

Aj najlepší dizajn tesnenia vyžaduje presnú inštaláciu, aby dosiahol optimálny výkon.

Presnosť inštalácie

Povrch hriadeľa musí spĺňať požiadavky na tvrdosť a drsnosť, a mali by sa použiť špecializované nástroje na zabezpečenie správneho zarovnania a predchádzania deformácii pera.

Modulárne zostavy tesnení

Mnohí dodávatelia dnes ponúkajú predskladané a prednaftené tesniace moduly. Tieto zjednodušujú inštaláciu, znižujú variabilitu a zvyšujú konzistenciu.

Dlhodobá životnosť

Dlhodobý tesniaci výkon závisí od tuhosti konštrukcie a elastickej konštrukcie. Robustný kovový puzdro zabraňuje deformácii počas inštalácie, zatiaľ čo elastické komponenty musia vyvážiť kompenzáciu osového posunu s stabilnou tesniacou silou.

Pre kĺby priemyselných robotov pracujúcich v režime ±180° opakovaného otáčania je potrebný systémový prístup k účinnému tesneniu. Vhodnou voľbou materiálov, ako je PTFE a FKM, optimalizáciou geometrie tesniaceho okraja a predpätia pružiny a zabezpečením správneho tepelného a inštalačného manažmentu je možné výrazne znížiť trenie, minimalizovať opotrebovanie a udržať dlhodobú tesniacu stabilitu. Pre extrémne prostredia sa môžu zvážiť pokročilé konštrukčné návrhy alebo špeciálne materiály, aby sa zabezpečila spoľahlivá prevádzka pri vysokom zaťažení a vysokofrekvenčnom prevádzke.