工业机器人关节轴用骨架油封如何适应±180°往复旋转工况？

点击数：1222026-01-08 14:47:57　

　　工业机器人在高精度和高负载的工作环境下，需要确保每个部件的密封性能，特别是关节轴的密封。面对±180°往复旋转的工况，传统骨架油封设计会面临极大的挑战。高频、有限角度的换向运动会破坏润滑油膜，导致密封唇口与轴表面频繁接触，从而引发摩擦、磨损，甚至导致密封材料老化。那么，如何应对这一挑战?我们需要从材料、设计、温控等多个方面来综合解决。

　　材料选择：确保低摩擦与耐磨性

　　在此工况下，密封材料的选择至关重要。我们遵循“主密封低摩擦，辅助密封高弹性”的原则，选择合适的材料来应对不同的工况要求。

　　主密封材料：推荐使用聚四氟乙烯(PTFE)复合材料，原因在于PTFE具有极低的摩擦系数(可低至0.02-0.1)、出色的自润滑性和耐磨性，能够在长期运动中有效减少摩擦损耗。

　　辅助密封材料：为确保弹性和密封性，氟橡胶(FKM)或氢化丁腈橡胶(HNBR)是不错的选择。它们耐高温、耐油，能够在-50°C至+150°C的温度范围内稳定工作，并能辅助防尘和提供额外的密封支持。

　　特种材料：对于极端工况(如高温或接触强腐蚀介质)，全氟醚橡胶(FFKM)提供优异的耐高温和耐化学性能，但其高成本使得它更多应用于特殊场景。

　　唇口设计：打造主动动态密封

　　传统的密封唇口设计只是单纯的物理阻挡，但在往复运动的工况下，需要更主动的密封方式。

　　流体动力学轮廓：采用Z型、K型或S型唇口设计，可以在轴旋转时，通过泵送效应主动将润滑油回流到密封腔内，从而持续保持润滑，降低摩擦。

　　双唇结构：主唇负责密封润滑，副唇(通常使用弹性更好的橡胶材料)则负责防尘，二者配合，能够在保持密封的同时，有效防止外部污染物的侵入。

　　弹簧预紧：稳定密封性能

　　在往复旋转的工况下，保持适中的接触压力至关重要，这要求密封件必须具备良好的弹簧预紧系统。

　　核心作用：内置的弹簧能够提供恒定的接触压力，确保密封唇口与轴表面始终保持有效接触，防止漏油。在唇口磨损后，弹簧还能持续补偿，确保密封性能不衰退。

　　弹簧要求：弹簧需要具备极强的抗疲劳性和耐介质性，防止长期使用后出现松弛或破裂。

　　耐磨性与低摩擦设计：降低磨损

　　密封件的耐磨性不仅依赖于材料本身，还取决于整个系统的设计。

　　自润滑材料：如前所述，PTFE的自润滑特性使其成为理想的材料。此外，可以在密封唇口表面添加固体润滑涂层(如二硫化钼)，进一步优化密封性能。

　　高端方案：对于极高要求的工况，可以考虑采用“组合式滚动密封”设计，通过滚珠等元件将滑动摩擦转变为滚动摩擦，从而大幅减少摩擦力矩(减少70%以上)并几乎消除磨损。

　　温控设计：应对高温挑战

　　高温是往复旋转工况下的一个常见问题，因此密封系统必须能够有效管理热量生成。

　　宽温域材料：氟橡胶、氢化丁腈橡胶和PTFE能够在-50°C至+150°C的广泛温度范围内保持稳定性能，确保密封不因温度变化而失效。

　　低温升设计：通过采用低摩擦材料和优化接触压力，减少摩擦生热，降低密封件因高温而老化的风险。

　　安装与系统配合：精密安装是关键

　　无论设计多么优秀，精确的安装仍然是保证密封性能的关键。

　　安装精度：确保轴表面硬度和粗糙度符合密封件要求，并使用专用工具确保密封唇口与轴表面的精准配合。

　　模块化设计：如今，许多供应商提供预组装、预润滑的密封模块，用户只需整体压装，简化了安装流程并保证了性能的一致性。

　　长期耐用性：确保长时间稳定运行

　　密封设计的长期耐用性也是一个不可忽视的因素。通过优化骨架刚性和弹性设计，确保密封唇口能够在长期使用中始终保持有效接触。

　　在工业机器人关节轴的±180°往复旋转工况下，密封设计需要综合考虑材料、唇口设计、弹簧预紧、耐磨性、温控设计及精密安装等因素。通过选择合适的聚四氟乙烯、氟橡胶等材料，优化唇口和弹簧系统设计，能够有效降低摩擦、减少磨损并确保密封的稳定性和耐用性。对于极端工况，可考虑引入高端的结构创新或特种材料方案，确保密封系统在高负荷、高频次的使用中保持稳定。