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工业机器人谐波减速器及配套轴承的研究现状与未来

2018-05-16 14:38:12 | 来源:搜狐网

【中华轴承网】

  近年以来,大家只要谈到谐波减速器,从事工业机器人领域的业内人士都不会陌生。过去多年,这个有时不过巴掌大的机器人核心零部件,由于核心技术长期被国外品牌垄断,一直占据机器人约三成的整体成本。这一现实也客观上推高了国内机器人应用的成本...

  六轴工业机器人结构图

  谐波减速器的前世今生:

  20世纪50年代中期,随着全球科学技术的发展,美国人马瑟在薄壳弹性变形理论基础上,应用金属的挠性和弹性力学原理发明出来一种新型谐波传动技术。谐波传动技术主要应用于航空航天、工业机器人、精密设备仪器、雷达通讯设备、印刷机械、纺织机械、半导体工业晶圆传送装置、印刷包装机械、医疗器械、金属成型机械、仪器仪表、光学制造仪器、核设施及空气动力实验研究等领域。

  谐波传动这项新型技术的出现便引起了各国的重视。1970年引入日本,随之诞生了日本第一家整体运动控制的领军企业-日本HarmonicDriveSystemsInc.(简称HDSI)。日本HDSI公司生产的HarmonicDrive谐波减速器,具有轻量、小型、传动效率高、减速范围广、精度高等特点,被广泛应用于各种传动系统中。HDSI主要生产和销售各种精密减速装置,当之无愧为整体运动控制的领军企业。为了涵盖谐波减速器不能覆盖到的低减速比领域,HDSI产品还开发了精密行星齿轮减速机HarmonicPlanetary。独特的内齿圈形变工艺,可使行星齿轮啮合得更紧、消除背隙,从而将传动误差控制在精密范围内。HDSI最初只是在其国内发展,与之有着长久合作关系的有安川电机、三菱电机及发那科等企业。

  近年来,中国工业机器人产业进入新的历史机遇期,以ABB、KUKA、安川、发那科为代表的国际机器人企业纷纷大举进入中国,设立工厂,抢占市场份额。在中国,如手机制造、半导体、液晶生产机械等行业,对小型机器人的需求也是越来越旺盛,然而对于国内的工业机器人而言,特别是谐波减速器、伺服电机、控制系统等还需大量依赖进口,这就导致了其竞争力还与国外企业有差距,但是这些又是工业机器人的上游部件、关键部件。据国际机器人联盟(IFR)统计,2012年中国共进口工业机器人约2.2万台,中国将是全球增长最快的工业机器人市场。HDSI的谐波减速器是小型工业机器人(20kg以下)或者关节臂上不可取代的部件,这为其拓展中国大陆市场带来了新的契机。2011年1月,HDSI在华成立设立哈默纳科(上海)商贸有限公司,该公司为其在华投资设立的全资销售子公司。主要负责HDSI产品在中国大陆的销售、选型等技术支持及售后服务。

  HDSI早期的产品主要是减速机等机械产品,时至今日,HDSI的主打产品又加上了众多的机电一体化产品。在减速机方面,HDSI主要有HarmonicDrive(谐波齿轮传动减速机)和HarmonicPlanetary(行星齿轮减速机)。其生产的HarmonicDrive谐波减速机,基本上主导了主要国际市场,具有其他减速机不具备的特点:高旋转精度/高定位精度、小型/轻量、传动效率高、高减速比、减速范围广、精度高、高转矩容量、无齿隙、高效率及安静运行等特点,被广泛应用于各种传动系统中。为了涵盖谐波减速机不能覆盖到的低减速比领域,HDSI产品还开发了精密行星齿轮减速机HarmonicPlanetary。独特的内齿圈形变工艺,可以使得行星齿轮啮合得更紧、消除背隙,从而将传动误差控制在精密范围内。

  谐波减速器仅由3个基本部件构成:柔轮、波发生器和刚轮。柔轮的外径略小于刚轮的内径,通常柔轮比刚轮少2个齿。波发生器的椭圆型形状决定了柔轮和刚轮的齿接触点分布在介于椭圆中心的两个对立面。波发生器转动的过程中,柔轮和刚轮齿接触部分开始啮合。波发生器每正时针旋转180°,柔轮就相当于刚轮逆时针旋转1个齿数差。在180°对称的两处,全部齿数的30%以上同时啮合,这也造就了其高转矩传送。

  HarmonicDrive拥有高转矩型CSG系列谐波减速器、标准型CSF系列谐波减速器、超扁平和高负载容量型CSD系列谐波减速器、高转矩中空轴和输入轴型SHG系列谐波减速器、中空轴和输入轴型SHF系列谐波减速器、超扁平和中空型SHD系列谐波减速器、小型双轴型CSFsupermini系列谐波减速器、标准型CSG-GH/CSF-GH谐波减速器系列。

  …………

  讲完了谐波减速器的诞生、发展历程,接下来我们再来分析一下谐波减速器专用轴承:

  精密轴承是装备制造业中重要的、关键的基础零部件,直接影响着重大装备和主机产品的性能质量和可靠性,被誉为装备制造的“心脏”部件。工业机器人谐波减速器,其配套轴承的精度、摩擦力矩、刚性直接影响着整套谐波减速器乃至机器人的稳定性以及安全运转。机器人配套轴承是轴承应用的一个细分市场,是随着工业机器人产业的兴起而发展起来的新兴市场。机器人用精密轴承主要包括:谐波减速器轴承、柔性轴承、RV减速器轴承、交叉滚子轴承、等截面薄壁轴承等。

  谐波减速器轴承

  谐波减速器轴承是一种专业为谐波减速器配套的精密十字交叉滚子轴承。谐波减速器轴承主要有两个类型组成:根据其使用场合分为外圈分体、内圈整体的CSF/CSG系列谐波减速器轴承与外圈和内圈均为整体的SHF/SHG系列谐波减速器轴承这两大类。滚动体为圆柱滚子,分布于互成90°垂直排列在V型滚道中。这种结构使得单个轴承就可以同时承受轴向载荷、径向载荷和倾覆力矩等各个方向的载荷,谐波减速器配套轴承具有很高的刚度、旋转精度以及复合承载能力;其外形紧凑,自带有安装孔,便于直接安装,适合于各种不同类型的谐波减速器。

  虽然近几年我国轴承制造技术不断在进步,但是与世界轴承工业强国相比,国内工业机器人谐波减速器专用十字交叉滚子轴承、RV减速器轴承、等截面薄壁轴承等多种系列精密轴承与国外还存在一定差距。主要表现为高技术、高精度、高附加值的产品比例偏低,产品的稳定性需要进一步提高与改进。随着国家政策支持力度的加大,相信我国轴承产业将迎来发展的春天,必将加快精密轴承的国产化进程,为中国重大装备制造的完全国产化提供坚实的基础。

  中国国内正在积极推动工业机器人行业的发展,对高技术、高精度的机器人用精密轴承需求进一步提升,这就要求国内轴承生产企业不断提升技术水平,加快轴承产业转型升级,缩小与进口精密轴承的质量差距,实现精密轴承的国产化。

  国内机器人的出路在于尽快突破制约国产机器人发展的核心零部件这一瓶颈。其中机器人谐波减速器及配套轴承生产企业应携起手来,联合行业优势企业,结成机器人产业链。尽快实现机器人及配套设备、零部件国产化进程尤为关键。近年来,机器人谐波减速器轴承的设计、制造、检验和应用方面开展了长期的研究和技术攻关,公司在工业机器人轴承研制和生产实践中,为使机器人轴承生产标准化、系列化,编制了工业机器人谐波减速器用全系列配套轴承产品样本;制定了该系列产品企业标准,以更好的推进工业机器人核心部件的国产化。公司专业从事工业机器人谐波减速器轴承的研究与开发,为尽快实现机器人用谐波减速器轴承高性能、长寿命、低成本而进行了坚持不懈地努力,为机器人用谐波减速器生产企业提供“用得起,用得好,用的久”的高精密轴承,从而进一步填补国内需求空白。

  国产谐波减速器轴承与同类进口谐波减速器轴承相比还是存在很大优势的,随着我国谐波减速器轴承生产技术的提高,国产谐波减速器轴承的质量更加有保障,而且在价格方面也有优势,在国内市场具有很强的竞争力。谐波减速器轴承的国产化,从而改变这些长期被国外企业所垄断、国内市场急需的高精尖精密轴承产品市场局面。随着国内一批品牌企业的建立,我国谐波减速器轴承在国际市场上的竞争力也越来越强,国内外市场越来越开阔。

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