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                工業機器人軸承發展趨勢簡析

                經過半個世紀的發展,工業機器人因其重復精度高、可靠性好、抗惡劣環境能力強等優點,已經在汽車制造等多個領域廣泛應用。工業機器人的普及應用是汽車企業實現自動化生產,提高產品質量和生產效率,節約勞動力和制造成本、增強行業競爭力的有效手段。

                      國內工業機器人制造產業從20世紀80年代“七五”科技攻關開始起步,在國家科技攻關項目“863”計劃的支持下,經過十幾年的研制、生產和應用,使中國的機器人產業從無到有,跨出了一大步。目前,從中國工業機器人市場來看,國外進口的工業機器人所占重比較大,與外資品牌相比,造成國產機器人在無故障運行時間、定位精度、定位速度以及精度保持度方面的差距主要體現在核心零部件技術不達標。工業機器人軸承作為工業機器人的關鍵配套元件,對機器人的運轉平穩性、重復定位精度、回轉精確度以及工作的可靠性等關鍵性能指標具有重要影響。

                      工業機器人專用配套軸承的特點與分類

                      現代工業機器人的方向發展趨於輕型化,這就要求與其配套的軸承具有更加輕便的結構。由於軸承要在有限的安裝空間內滿足工業機器人主機對軸承承載能力、精度、剛度和摩擦力矩的怍能要求,選用標準的通用軸承很難滿足這種要求,而薄壁軸承追求外形極限尺寸,具有重量輕、體枳小、精度高、壽命長等優良性能,能夠很好地解決這一問題。

                      工業機器人專用軸承主要有等截面薄壁軸承、薄壁交叉圓柱滾子軸承、RV減速機軸承及諧波減速器用柔性軸承等,它們大多采用非標準、多滾動體等設計原則。

                      1.等截面薄壁軸承

                      與普通軸承不同,該種軸承毎個系列中橫截面大多為正方形,且尺寸被設計為固定值(見圖1):在同一個系列中橫截面尺寸是不變的,它不隨內徑尺寸增大而增大,故稱之為等截面薄壁軸承。等截面薄壁球軸承包括薄壁四點接觸球軸承系列,薄壁角接觸球軸承系列和薄壁深溝球軸承系列三種系列,多被應用於工業機器人的腰部、肘部、腕部。在內徑尺寸相同的情況下,薄壁等截面球軸承比標準滾動軸承裝的鋼球數多,因此改善了軸承內部受力分布,減小了鋼球與溝道接觸處的彈性變形,提高軸承的承載能力。
                 

                圖1:等截面薄壁軸承

                      2.薄壁交叉圓柱滾子軸承

                      薄壁交叉圓柱滾子軸承內部結構采用滾子呈90°相互垂直交叉排列,單個軸承能同時承受徑向力、雙向軸向力與傾覆力矩的共同作用,滾子之間裝有間隔保持器或者隔離塊,可以防止滾子的傾斜或滾子間的相互磨察,有效防止了摩擦力矩的增加(見圖2>。另外,滾子垂直交叉排列的結構可以避免滾子的鎖死現象;同時又因為軸承內外圈是分割的結構,間隙可調,即使被施加壓力,也能獲得較高的旋轉精度。薄壁交叉滾子軸承以其輕型結構與良好的性能主要用於機械手臂、關鍵式機器人肩部、腰部、臀部等。

                圖2:交叉滾子軸承
                 
                     
                      3.RV減速器軸承

                      RV減速器又稱精密軸承減速器,它以其體積小,抗沖擊力強,扭矩大,定位精度髙等諸多優點被廣泛應用於工業機器人。對幹RV減速器,軸承的外形結構、精密定位是其結構緊湊、剛性優良、傳動精密關鍵因素,RV減速器軸承包括多種薄壁軸承系列及圓柱滾子保持架組件系列(見圖3)。

                圖3:RV減速機軸承

                      4.諧波減速器

                      諧波減速器是一種靠波發生器使柔輪產生可控彈性變形,利用柔性軸承可控的彈性變形來傳遞運動和動力的,其特點是結構緊湊、運動精度高、傳動比大,多用於中小轉矩的機器人關節。柔性軸承是諧波減速器的核心部件,通過軸承的彈性變形達到高減速比的要求,而且,諧波減速器壽命主要取決於柔性軸承壽命(見圖4)。柔性軸承工作中隨柔輪的彈性變形不斷的發生變化,不僅承受循環應力載荷,而且承受交變應力載荷。

                圖4:諧波減速機及柔性軸承

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