王文濤 楊斌

摘 要：工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用對(duì)于提高工業(yè)生產(chǎn)效率和工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量都有著極為重要的意義。新時(shí)期應(yīng)當(dāng)積極做好工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用，并不斷加深對(duì)于工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)及零部件產(chǎn)業(yè)的研究與布局，通過加強(qiáng)對(duì)于工業(yè)機(jī)器人零部件的研究以便更好地推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與升級(jí)。精密減速器是工業(yè)機(jī)器人中的核心零部件，其成本占據(jù)了工業(yè)機(jī)器人總成本的近三成左右。新時(shí)期應(yīng)當(dāng)積極加強(qiáng)對(duì)于精密減速器的研究與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；精密減速器；技術(shù)指標(biāo)

中圖分類號(hào)：TH132 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

“智能制造2025”是我國裝備制造業(yè)發(fā)展的重要方向，在這一發(fā)展過程中需要大量的以工業(yè)機(jī)器人為代表的高端智能制造設(shè)備裝備。構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人的零部件眾多，其中精密減速器是工業(yè)機(jī)器人中的核心零部件同時(shí)也是成本占比較高的零部件。由于材料、技術(shù)、精密加工能力等因素的限制我國的精密減速器多數(shù)依靠進(jìn)口，致使我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展受到了極大的限制，尤其是在未來的發(fā)展中對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的需求越來越多應(yīng)當(dāng)積極做好精密減速器的研究與應(yīng)用。通過研究來推動(dòng)技術(shù)突破，加快精密減速器的國產(chǎn)化進(jìn)度以便更好的實(shí)現(xiàn)“智能制造2025”這一發(fā)展規(guī)劃。

1 工業(yè)機(jī)器人用精密減速器的分類與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人用精密減速器主要分為諧波齒輪減速、RV減速器、擺線針輪行星減速器和精密行星減速器等幾大類。上述幾大類的工業(yè)機(jī)器人用精密減速器各有其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。

1.1 諧波齒輪減速器

諧波齒輪減速器是工業(yè)機(jī)器人用精密減速器中的重要組成之一，其主要是基于行星齒輪傳動(dòng)的原理所形成的一種新型減速器。諧波齒輪減速器主要由波發(fā)生器、柔輪和剛性輪等的零部件所組成。諧波齒輪減速器在運(yùn)行過程中通過波發(fā)生器來控制柔輪產(chǎn)生可控彈性變形并由諧波齒輪減速器中的柔輪和剛輪相互嚙合來形成動(dòng)力和扭矩的傳遞。諧波齒輪減速器傳動(dòng)精度高、傳動(dòng)比較大且自身質(zhì)量小、體積小，基于諧波齒輪減速器的上述特點(diǎn)使得諧波齒輪減速器能夠用于密閉的空間中實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳遞。其他機(jī)械傳動(dòng)無法實(shí)現(xiàn)諧波齒輪減速器的這一特性。

諧波齒輪減速器在應(yīng)用過程中的不足是其內(nèi)部的柔輪將會(huì)在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中每轉(zhuǎn)發(fā)生兩次橢圓變形，橢圓變形的存在將使得柔輪極易發(fā)生疲勞損壞且損耗功率較大。諧波齒輪減速器運(yùn)行過程中所引起的扭轉(zhuǎn)變形角能夠達(dá)到25′±5′甚至更大，諧波齒輪減速器運(yùn)行過程中將會(huì)對(duì)軸承施加較大的力同時(shí)應(yīng)軸承間隙將會(huì)致使諧波齒輪減速器產(chǎn)生一定的回程誤差。諧波齒輪減速器現(xiàn)今廣泛應(yīng)用于航空、航天、機(jī)器人以及精密加工設(shè)備等領(lǐng)域，受技術(shù)、加工能力等方面的限制我國專業(yè)化生產(chǎn)諧波齒輪減速器的廠家較少。

1.2 擺線針輪行星減速器

擺線針輪行星減速器也是應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人中精密減速器中重要的一種，擺線針輪行星減速器主要是基于行星式傳動(dòng)原理所發(fā)展起來的，擺線針輪行星減速器采用的是擺針線齒嚙合傳動(dòng)方式。構(gòu)成擺線針輪行星減速器的傳動(dòng)裝置主要有輸入、輸出、減速三大部分。擺線針輪行星減速器的輸入軸上安裝有一個(gè)錯(cuò)位180°的雙偏心套，同時(shí)在偏心套上安裝有兩個(gè)稱為轉(zhuǎn)臂的圓柱滾柱軸承形成H機(jī)構(gòu)。

偏心套上轉(zhuǎn)臂軸承的滾道主要由擺線針輪行星減速器上的兩個(gè)擺線輪中心孔所構(gòu)成。擺線針輪行星減速器中的針輪與擺線輪將形成環(huán)形排列的針齒相嚙合形式，這一形式所形成的減速機(jī)構(gòu)為齒差為一齒的內(nèi)嚙合。擺線針輪行星減速器所形成的減速傳動(dòng)是由行星輪采用變幅外擺線所形成的一種少齒差行星齒輪傳動(dòng)。擺線針輪行星減速器由于使用了擺線針輪行星傳動(dòng)的形式將比傳統(tǒng)的普通圓柱齒輪傳動(dòng)減少至少一半的體積與重量。由于擺線針輪行星減速器的這一復(fù)雜結(jié)構(gòu)使得其加工和安裝精度要求極高、成本較大。 擺線針輪行星減速器內(nèi)部的轉(zhuǎn)臂軸承由于承受較大的荷載將致使擺線針輪行星減速器中軸承的使用壽命和承載能力大為降低。擺線針輪行星減速器常用于礦山、化工等領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)備中。

1.3 RV減速器

RV減速器集合了行星齒輪減速機(jī)的前級(jí)和擺線針輪減速器的后級(jí)。RV減速器是一種高精度的減速器，其是基于傳統(tǒng)的針擺行星傳動(dòng)減速器的基礎(chǔ)上所研發(fā)出來的。RV減速器通過改進(jìn)克服了單一針擺傳動(dòng)類減速器所存在的不足，且具有體積更小、重量更小、傳動(dòng)比范圍更大、使用壽命長和傳動(dòng)效率高等特點(diǎn)。

RV減速器具有良好的使用性能，RV減速器結(jié)合了擺線針輪行星減速器的優(yōu)點(diǎn)，RV減速器所采用的擺線針輪行星部分具有較高的零件剛度、運(yùn)動(dòng)時(shí)接觸應(yīng)力較小、零件的加工和安裝精度較高有助于提高RV減速器的精度，在確保傳動(dòng)效率的同時(shí)提高了傳動(dòng)的精度。行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)合緊湊的W輸出機(jī)構(gòu)，從而有效地縮小了RV減速器的體積，使其更加緊湊并進(jìn)一步縮小了體積并減輕了RV減速器的質(zhì)量。RV減速器中所采用的一齒差或是少齒差傳動(dòng)形式，可以有效地提高RV減速器的減速比，且RV減速器傳動(dòng)比的大小與其中的擺線針輪齒數(shù)有著密切的聯(lián)系，擺線針輪的齒數(shù)越多則傳動(dòng)比也越大。擺線針輪傳動(dòng)時(shí)所嚙合的齒數(shù)要遠(yuǎn)高于漸開線外齒輪傳動(dòng)時(shí)所嚙合的齒數(shù)，由于所嚙合的齒數(shù)較多，所以可以有效地提高承載力。在RV減速器的加工制造中將會(huì)對(duì)RV減速器中的擺線輪和針輪的輪齒進(jìn)行淬硬、精磨，通過輪齒硬化可以使齒輪獲得更好的加工和齒輪性能，從而使RV減速器獲得更長的使用壽命。

由于RV減速器所具有的這些優(yōu)點(diǎn)使得RV減速器廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、機(jī)床、醫(yī)療檢測(cè)設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域中。相較于諧波傳動(dòng)減速器能夠獲得更多的疲勞強(qiáng)度、剛度和使用壽命，不同于諧波減速器長時(shí)間使用后所導(dǎo)致的柔輪的磨損將會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)精度大幅降低的問題，RV減速器的回差精度較為穩(wěn)定?；赗V減速器的這一特性其在工業(yè)機(jī)器人所要求的高精度傳動(dòng)領(lǐng)域中得到了較為廣泛的應(yīng)用。我國現(xiàn)今應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的RV減速器90%左右依賴進(jìn)口，為增強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人使用占比應(yīng)當(dāng)更好地做好對(duì)于RV減速器的研究與應(yīng)用。

1.4 精密行星減速器

精密行星減速器主要是由行星輪、太陽輪和外齒圈所組成，行星減速機(jī)由于結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)其傳動(dòng)比一般不會(huì)超過10。相對(duì)于其他類型的減速器精密行星減速器具有較高的剛性和精度以及高傳動(dòng)效率和扭矩。由于精密行星減速器自身特點(diǎn)其多應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的減速傳動(dòng)，用以降低傳動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、提升扭矩。

2 工業(yè)機(jī)器人用精密減速器的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

評(píng)價(jià)工業(yè)機(jī)器人用精密減速器的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)有以下幾方面：扭轉(zhuǎn)剛度、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、傳動(dòng)精度、空程、背隙、傳動(dòng)效率以及傳動(dòng)誤差等。做好工業(yè)機(jī)器人用精密減速器技術(shù)指標(biāo)的建立和完善用以對(duì)工業(yè)機(jī)器人用精密減速器進(jìn)行全方位、綜合性的評(píng)價(jià)，對(duì)提高工業(yè)機(jī)器人用精密減速器的研發(fā)和應(yīng)用有著極為重要的意義。

結(jié)語

工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展離不開精密減速器，尤其是隨著裝備制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，大量的工業(yè)機(jī)器人未來將需要裝備工業(yè)機(jī)器人用精密減速器。應(yīng)當(dāng)積極加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人用精密減速器的研究和生產(chǎn)，提高國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人用精密減速器在精密減速器市場(chǎng)的占比。

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