工業機器人諧波減速器及配套軸承的研究現狀

礦山施工設備2019年12月02日

  近些年以來,大家只要談到諧波減速器,從事工業機器人領域的業內人士都不會陌生。過去多年,這個有時不過巴掌大的機器人核心零部件,由于核心技術長時間被國外品牌壟斷,一直占據機器人約三成的整體本錢。這1現實也客觀上推高了國內機器人運用的成本...

  諧波減速器的前世今生:

  20世紀50年代中期,隨著全球科學技術的發展,美國人馬瑟在薄殼彈性變形理論基礎上,應用金屬的撓性和彈性力學原理發明出來一種新型諧波傳動技術。諧波傳動技術主要應用于航空航天、工業機器人、精密裝備儀器、雷達通訊設備、印刷機械、紡織機械、半導體工業晶圓傳送裝置、印刷包裝機械、醫療器械、金屬成型機械、儀器儀表、光學制造儀器、核設施及空氣動力實驗研究等領域。

  諧波傳動這項新型技術的出現便引發了各國的重視。1970年引入日本,隨之誕生了日本第一家整體運動控制的領軍企業-日本HarmonicDriveSystemsInc.(簡稱HDSI)。日本HDSI公司生產的HarmonicDrive諧波減速器,具有輕量、小型、傳動效力高、減速范圍廣、精度高等特點,被廣泛應用于各種傳動系統中。HDSI主要生產和銷售各種精密減速裝置,當之無愧為整體運動控制的領軍企業。為了涵蓋諧波減速器不能覆蓋到的低減速比領域,HDSI產品還開發了精密行星齒輪減速機HarmonicPlanetary。獨特的內齒圈形變工藝,可使行星齒輪嚙合得更緊、消除背隙,從而將傳動誤差控制在精密范圍內。HDSI最初只是在其國內發展,與之有著久長合作關系的有安川機電、三菱電機及發那科等企業。

  近年來,中國工業機器人產業進入新的歷史機遇期,以ABB、KUKA、安川、發那科為代表的國際機器人企業紛紜大舉進入中國,設立工廠,搶占市場份額。在中國,如制造、半導體、液晶生產機械等行業,對小型機器人的需求也是越來越旺盛,但是對于國內的工業機器人而言,特別是諧波減速器、伺服機電、控制系統等還需大量依賴進口,這就導致了其競爭力還與國外企業有差距,但是這些又是工業機器人的上游部件、關鍵部件。據國際機器人同盟(IFR)統計,2012年中國共進口工業機器人約2.2萬臺,中國將是全球增長最快的工業機器人市場。HDSI的諧波減速器是小型工業機器人(20kg以下)或者關節臂上不可取代的部件,這為其拓展中國大陸市場帶來了新的契機。2011年1月,HDSI在華成立設立哈默納科(上海)商貿有限公司,該公司為其在華投資設立的全資銷售子公司。主要負責HDSI產品在中國大陸的銷售、選型等技術支持及售后服務。

  HDSI初期的產品主要是減速機等機械產品,時至今日,HDSI的主打產品又加上了眾多的電機一體化產品。在減速機方面,HDSI主要有HarmonicDrive(諧波齒輪傳動減速機)和HarmonicPlanetary(行星齒輪減速機)。其生產的HarmonicDrive諧波減速機,基本上主導了主要國際市場,具有其他減速機不具有的特點:高旋轉精度/高定位精度、小型/輕量、傳動效力高、高減速比、減速范圍廣、精度高、高轉矩容量、無齒隙、高效率及安靜運行等特點,被廣泛應用于各種傳動系統中。為了涵蓋諧波減速機不能覆蓋到的低減速比領域,HDSI產品還開發了精密行星齒輪減速機HarmonicPlanetary。獨特的內齒圈形變工藝,可以使得行星齒輪嚙合得更緊、消除背隙,從而將傳動誤差控制在精密范圍內。

  諧波減速器僅由 個基本部件構成:柔輪、波發生器和剛輪。柔輪的外徑略小于剛輪的內徑,通常柔輪比剛輪少2個齒。波發生器的橢圓型形狀決定了柔輪和剛輪的齒接觸點分布在介于橢圓中心的兩個對立面。波發生器轉動的過程中,柔輪和剛輪齒接觸部份開始嚙合。波發生器每正時針旋轉180°,柔輪就相當于剛輪逆時針旋轉1個齒數差。在180°對稱的兩處,全部齒數的 0%以上同時嚙合,這也造就了其高轉矩傳送。

  HarmonicDrive擁有高轉矩型CSG系列諧波減速器、標準型CSF系列諧波減速器、超扁平和高負載容量型CSD系列諧波減速器、高轉矩中空軸和輸入軸型SHG系列諧波減速器、中空軸和輸入軸型SHF系列諧波減速器、超扁平和中空型SHD系列諧波減速器、小型雙軸型CSFsupermini系列諧波減速器、標準型CSG-GH/CSF-GH諧波減速器系列。

  …………

  講完了諧波減速器的誕生、發展歷程,接下來我們再來分析一下諧波減速器專用軸承:

  精密軸承是設備制造業中重要的、關鍵的基礎零部件,直接影響側重大裝備和主機產品的性能質量和可靠性,被譽為設備制造的“心臟”部件。工業機器人諧波減速器,其配套軸承的精度、磨擦力矩、剛性直接影響著整套諧波減速器乃至機器人的穩定性和安全運轉。機器人配套軸承是軸承應用的一個細分市場,是隨著工業機器人產業的興起而發展起來的新興市場。機器人用精密軸承主要包括:諧波減速器軸承、柔性軸承、RV減速器軸承、交叉滾子軸承、等截面薄壁軸承等。

  諧波減速器軸承

  諧波減速器軸承是一種專業為諧波減速器配套的精密十字交叉滾子軸承。諧波減速器軸承主要有兩個類型組成:根據其使用場合分為外圈分體、內圈整體的CSF/CSG系列諧波減速器軸承與外圈和內圈均為整體的SHF/SHG系列諧波減速器軸承這兩大類。滾動體為圓柱滾子,分布于互成90°垂直排列在V型滾道中。這種結構使得單個軸承就可以同時承受軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩等各個方向的載荷,諧波減速器配套軸承具有很高的剛度、旋轉精度和復合承載能力;其外形緊湊,自帶有安裝孔,便于直接安裝,適合于各種不同類型的諧波減速器。

  雖然近幾年我國軸承制造技術不斷在進步,但是與世界軸承工業強國相比,國內工業機器人諧波減速器專用十字交叉滾子軸承、RV減速器軸承、等截面薄壁軸承等多種系列精密軸承與國外還存在一定差距。主要表現為高技術、高精度、高附加值的產品比例偏低,產品的穩定性需要進一步提高與改進。隨著國家政策支持力度的加大,相信我國軸承產業將迎來發展的春季,必將加快精密軸承的國產化進程,為中國重大裝備制造的完全國產化提供堅實的基礎。

  中國國內正在積極推動工業機器人行業的發展,對高技術、高精度的機器人用精密軸承需求進一步提升,這就要求國內軸承生產企業不斷提升技術水平,加快軸承產業轉型升級,縮小與進口精密軸承的質量差距,實現精密軸承的國產化。

  國內機器人的出路在于盡快突破制約國產機器人發展的核心零部件這一瓶頸。其中機器人諧波減速器及配套軸承生產企業應攜起手來,聯合行業優勢企業,結成機器人產業鏈。盡快實現機器人及配套裝備、零部件國產化進程尤為關鍵。近年來,機器人諧波減速器軸承的設計、制造、檢驗和應用方面開展了長期的研究和技術攻關,公司在工業機器人軸承研制和生產實踐中,為使機器人軸承生產標準化、系列化,編制了工業機器人諧波減速器用全系列配套軸承產品樣本;制定了該系列產品企業標準,以更好的推動工業機器人核心部件的國產化。公司專業從事工業機器人諧波減速器軸承的研究與開發,為盡快實現機器人用諧波減速器軸承高性能、長壽命、低成本而進行了堅持不懈地努力,為機器人用諧波減速器生產企業提供“用得起,用得好,用的久”的高精密軸承,從而進一步填補國內需求空白。

  國產諧波減速器軸承與同類進口諧波減速器軸承相比還是存在很大優勢的,隨著我國諧波減速器軸承生產技術的提高,國產諧波減速器軸承的質量更加有保障,而且在價格方面也有優勢,在國內市場具有很強的競爭力。諧波減速器軸承的國產化,從而改變這些長期被國外企業所壟斷、國內市場急需的高精尖精密軸承產品市場局面。隨著國內一批品牌企業的建立,我國諧波減速器軸承在國際市場上的競爭力也愈來愈強,國內外市場愈來愈開闊。

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