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机器人轴承综述

作者:admin

发布时间:2020-03-17

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  机器人轴承综述_机械/仪表_工程科技_专业资料。机器人轴承发展现状报告 轴承是国民经济的战略物资, 是装备制造业的关键基础件。 建国六十多年来,特别是改革开放以来,我国轴承工业持续较 快发展,已成为轴承产量和销售额位居世界第三的轴承生产大 国。但是

  机器人轴承发展现状报告 轴承是国民经济的战略物资, 是装备制造业的关键基础件。 建国六十多年来,特别是改革开放以来,我国轴承工业持续较 快发展,已成为轴承产量和销售额位居世界第三的轴承生产大 国。但是,由于发展方式、产业结构、自主创新和品牌建设等 方面存在的矛盾和问题,我国轴承工业大而不强,与世界轴承 强国还有很大的差距。 我国轴承业继日本、美国和德国之后世界第四。但与世界 轴承工业强国相比,我国轴承业还存在较大差距,主要表现为 高精度、高技术含量和高附加产品比例偏低、产品稳定性差、 可靠性低、寿命短等。 工业机器人轴承是主要应用于工业机器人的轴承,是工业 机器人的关键配套件之一。主要包括两大类:一是等截面薄壁 轴承,另一类是十字交叉圆柱滚子轴承。另外还有谐波减速器 轴承、直线轴承、关节轴承等,但主要是前两种轴承。 首先注意机器人的关节类型,然后决定采用哪种轴承。例 如,腰部轴承的回转精度和刚度要求很高;机器人的末端如肘 和腕处,尺寸紧凑、重量轻以及对恶劣环境良好的适应性是关 键。如同大多数机器人一样,设计机器人的轴承必须考虑到一 定的承载能力、速度能力、使用寿命,如回转精度和几何尺寸 等机械特性、环境要求等。例如内、外套圈沟道曲率半径系数的 大小直接影响轴承的载荷容量、寿命、刚性以及摩擦力矩等性能参 数。 图 1 它是一个由七个开式系列,五个密封系列组成的薄壁轴 承家族。开式系列有三种类型:径向接触型、角接触型和四点接 触型。密封系列有二种类型:径向接触型和四点接触型。 使用等截面薄壁轴承,可以节省空间,降低重量,显著降低摩 擦,并提供良好的旋转精度, 使主机的轻型化、 小型化成为可能。 图 2 是十字交叉圆柱滚子轴承, 其结构特点是:圆柱滚子在 轴承内外圆滚道内相互垂直交叉排列。单个轴承能同时承受径 向力、双向轴向力与倾覆力矩的共同作用。轴承的承载能力大, 刚性好,回转精度高,安装简便。 交叉圆柱滚子轴承产品主要结构 有:整体型、外圈分离型和内圈分离型。对于有防污染和防漏油 需要的,可以在轴承两侧面安装密封圈。 图 1 等截面薄壁轴承 图 2 十字交叉圆柱滚子轴承 四点接触滚珠轴承, 可以同时承受径向力、 轴向力和力矩, 并不必成对安装,而且还具有薄的横断面。 薄型断面轴承的径向横断面用于保持孔径不变。但是薄型 断面或微型轴承具有一定的限制。通常,薄型轴承的承载能力 比不上常规断面轴承。 轻型滚珠轴承载荷有一定的限制。 薄型圆锥滚珠轴承可以承受较大的载荷, 但必须成对使用, 薄型轴承的轴承环具有比较高的弹性,故其受到壳体的严 格限制。但其可以广泛的应用于中型载荷的机器人全部关节。 转台轴承[4]的主要特点是整体的,具有安装螺孔、密封、 以及适当的齿圈, 这样可以有效地节省材料和装配时间。 另外, 单个转台轴承在安装时不需要调整内部间隙。常用在重载机器 人腰关节处和腕处,但是他必须根据用户的使用情况设计,不 是标准元件。 洛阳维斯格轴承 [5,6]有限公司多年来一直致力于工业机器 人轴承的研究与开发,现已形成等截面薄壁轴承、交叉圆柱滚 子轴承、谐波减速器柔性轴承三大类型系列产品,产品从内径 Φ 15mm 到外径 Φ 650mm, 精度从 P0 到 P2 级均可生产制 造,完全能够满足工业机器人主机厂的需要。 球轴承 : 球轴承是机器人和机械手机构中最常用的轴承。它能承受 径向和轴向载荷。摩擦较小。其机器人专用轴承四点接触式设 计以及高精度加工。这种轴承比同等轴径的常规中系列四点接 触轴承轻 25 倍。它的内圈(或外圈)由两个半圈精确拼配而成, 而其整体外围(或内圈)的沟曲率半径较小,使钢球与内、外圈 在四个“点”上接触。既加大了径向负荷能力。又能以紧凑的 尺寸承受很的两个方向的轴向负荷,并且有很好的两个方向的 轴向限位能力,因为它的轴向游隙相对较小。而其接触角(一般 取为 35 度)又较大。 [2,10,13] (a)无密封圈 [11] (b)无密封圈 图 2 薄壁四点接触球轴承 薄壁四点接触球轴承 通常有带密封圈和不带密封圈的结构 形式(见图 2)。其主要由内圈、外圈、保持架、钢球或非接触式密 封圈组成。内、外圈均为整体结构,钢球与内、外圈沟道呈四点接 触,保持架为冠形插人式结构。能承受径向载荷、双向推力载荷和 倾覆力矩。其横截面尺寸相同,不随内、外径的变化而改变。适合 安装在工业机器人的腕部、肘部等关节部位。 薄壁交叉滚子轴承 通常有满滚子结构和带冲压保持架或 隔离件的结构形式。为便于装配。交叉滚子轴承滚动体外因或 内圈采用双半结圈薄整四点接艟球轴承构,用螺钉连接,内、 外因滚道与轴承轴线 角, 滚道之间交替放置互成 90 度的 圆柱滚子。滚子直径一般应大于滚子长度,可承受径向载荷及 两个方向的轴向载荷以及倾覆力矩. 相当于两套接触角 45 度的 角接触轴承背靠背安装的组配。滚子与滚道的接触形式为线接 触,承载能力强,工作可靠性高,寿命较长。特别适合安装在工业 机器人的腰部、肩部等关节部位。 双环解耦轴承[4]:如图 3 所示,双环解藕轴承由两个结构、大小 完全相同的外圈 1、2 和相同的两个内圈 3、4 组成。内圈与外圈构 成向心球轴承,两外圈相对安装构成推力球轴承,其滚珠的中心应位 于下部两个单节齿轮的回转轴线组成的平面内(可用调整垫片调 整)。两个外圈沿直径各有两个挂耳,用以将大锥齿轮与轴承外圈联 接起来。双环解藕轴承通过两个外环的相对转动消除了 PITcH 和 YAw 耀合运动产生的干涉问题。该轴承需要特制,其结构既可采用 球轴承形式(图 4a),也可采用圆锥滚子轴承形式(图 4b)。 由于 PITCH、 YAw 运动下轴承内外圈相对转速很低,也可采用滑动轴承结构形 式。 (a)满滚子结构 (b)带隔离快的结构 图 3 薄壁交叉滚子轴承 [10] (a) 球轴承 (b)圆锥滚子轴承 图 4:双环解耦轴承 RV 减速机非标准超轻系列精密角接触球轴承[7]: Rv 减速机——精密轴承减速机、精密摆线减速机,是机器人 用的减速机。该系列减速机在结构紧凑和高刚性方面具有卓越的性 能,其减速机的关键所在为轴承的精密定位。要求轴承具有输出力 矩大,精度高,负载大、体积小、重量轻、刚性高、低噪声、长寿 命,运转平稳,安全可靠性大,能适应在恶劣的环境中承载高冲击 下长期连续工作等优良性能。 图 5 保持架采用尼龙 PA66 的 BT 轴承结构图 如图 5 所示,轴承的接触角为 50 度可以使轴承承载很高的 轴向和径向载荷以及轴向和径向联合载荷。外圈斜挡边、内圈 不等高度挡边设计,有利于轴承润滑和散热。保持架选取了新 型工程材料尼龙 PA66,可注塑成型,因此,能加工有利于轴承 工作的复杂形状,在空间一定的情况下能容纳下数量更多、直 径更大的滚动体,并将保持架和滚动体组装为一体,提高装配 效率。 磁轴承[8,12]:磁悬浮轴承是一种新型的轴承,它利用磁力使 转子稳定悬浮实现无接触的支承设备。磁轴承的机械结构是磁 轴承的基础,一般由定子和转子组成;磁轴承的控制系统足磁 轴承的灵魂部分,决定了磁轴承的性能,通常由位移检测、功 率放大器、控制器等部分组成(如图 6) 。 应用磁轴承的智能机械手,由于定位准确,便于解决一些 需要精确操作的安装对中问题。而在超净工作间使用装有磁轴 承的机器人,就可以避免普通轴承因磨损而造成的灰尘污染问 题 。 图 6 二自由度直流混合磁轴承三维结构图 气体静压力推力轴承[9]:在地面微重力仿真实验中,空间机 器人加减速运动时气浮轴承受到倾覆力矩,气浮轴承还受到侧 向干扰力、干扰力矩等。 均压槽是在气体轴承承载面上的节流孔周围开设的沟槽, 气体可以在均压槽内自由地流动,使均压槽能使槽中的气体压 力均化,使槽中各处的气体压力值近似相等。均压槽对避免产 生气锤有很重要的作用。其结构图如图 7。 图 7 气体静压力推力轴承结构图 [1] 赵嘉树 . 对机器人轴承的评价 [J].组合机床与自动化加工技 术,1986(10):40-43. [2] 蔡素然.陈原.叶军.孙立明.工业机器人专用薄壁密封轴承结 构设计分析[J].轴承,2007(12):10-13. [3] 涂帼芳.谢存禧.汤祥州.李杞仪.宗权英.机器人 SMA 轴承夹 持 器 研 究 与 设 计 [N]. 华 南 理 工 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版).1994,22(4):8-15. [4] 吴伟国.邓喜君.孙立宁.蔡鹤皋.新型 PITCH-ROLL-YAW 关 节机构研究[J].高技术通讯.1995,5:36-39. [5] 刘成斌 . 工业机器人轴承的研究与应用建议 [J]. 机器人技术 与应用.6-7. [6] 刘成斌 . 工业机器人轴承的研究与应用建议 [J]. 机器人技术 与应用.2008:9-11. [7] 贾秋生.王朝光.吴红庆.RV 减速机非标准超轻系列精密角接触 球轴承的研制[J].哈尔滨轴承,2011,6(2):5-7. [8] 瞿哲奕 . 磁悬浮电主轴混合磁轴承及其驱动控制系统的研究 [D].2011. [9] 冯永可,孙汉旭等.带有均压槽的气体静压推力轴承设计[J].机器 人.2012.3(2):204-210. [10] 朱同波,蔡凡.刘伟.工业机器人结构设计 [J].机电产品开发与创 新.2012.11(6):13-15. [11] 曾献智等.工业机器人用薄壁四点接触球轴承的设计分析[J],轴 承,2010(6). [12] 王泉 . 交流混合磁轴承支承的电主轴逆系统解耦及数字控制 [D].2011. [13] 李云江.机器人概论[M].北京:机械工业出版社,2011:62-64.