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论我国重大技术装备轴承的自主安全可控(4)——工业机器人轴承

4 工业机器人轴承

4.1 轴承类型

减速器是工业机器人的核心部件,而轴承则是减速器的关键零件。工业机器人用减速器有RV减速器谐波减速器摆线针轮减速器行星减速器等,用量最大,技术水平最高的是RV减速器和谐波减速器,掌握了这2类减速器轴承的技术,也就掌握了工业机器人减速器的最高技术。


如图11所示,RV 减速器轴承包括作为减速器主轴承的薄壁角接触球轴承,用于偏心轴定位和主体支承的薄壁圆锥滚子轴承,用于摆线轮支承的圆柱滚子(滚针)保持架组件以及用于齿轮支承的薄壁深沟球轴承。

1-直齿轮;2-轴;3-外壳;4-针齿;5-RV齿轮;6-主轴承;7-支撑凸缘;8-输入齿轮;9-曲柄轴。

图11 RV减速器轴承

Fig.11 RV reducer bearings

如图12所示,谐波减速器轴承包括用于刚轮的薄壁交叉圆柱滚子轴承用于柔轮的柔性轴承

图12 谐波减速器轴承

Fig.12 Harmonic reducer bearings

4.2 关键技术

工业机器人轴承的安装空间有限,必须采用轻量化的薄壁轴承和异型轴承。另外,工业机器人的高载荷、高回转精度、高运转平稳性、高定位速度、高重复定位精度、长寿命、高可靠性的性能要求配套轴承也必须具备高承载能力、高精度、高刚度、低摩擦力矩、长寿命、高可靠性的性能。轻量化与高性能之间相互矛盾,必须进行综合考虑:


1)在产品设计方面,不单以额定动载荷为目标函数,而是以额定动载荷、刚度和摩擦力矩等多项指标作为目标函数,进行多目标优化设计,同时采用基于套圈变形的薄壁轴承有限元分析方法。


2)在制造工艺和装备方面,研发应用易变形、难装卡、难加工的薄壁轴承,以及异型轴承的套圈锻造、车加工、热处理、磨加工、超精加工和装配的特种加工工艺和工艺装备;开发机器人轴承动态质量高精度检测技术,基于磨削变质层控制的轴承套圈精磨加工工艺,薄壁轴承套圈微变形热处理工艺;研发薄壁轴承负游隙和凸出量精确控制技术、精密装配技术和套圈非接触测量技术。


4.3 市场分析

从全球市场角度来看,欧洲和日本是工业机器人主要供应商,ABB、库卡(KUKA)、发那科(FANUC)、安川电机(YASHAWA)占据工业机器人的主要市场份额,约占全球市场份额的50%。机器人减速器70%以上市场份额由日本纳博特斯克(Nabtesco,生产RV减速器)和哈默纳科(Har-monic drive,生产谐波减速器)垄断。由表6可知,我国工业机器人市场及国产工业机器人销量处于高速发展阶段:2014年全国工业机器人销售5.7×104台,国产工业机器人销售1.7×104台,占比29.8%;2016年全国工业机器人销售8.9×104台,国产工业机器人销售2.9×104台,占比32.6% ;2020年全国工业机器人销售23.7x104台,国产工业机器人销售8.3×104台,占比35%

表6 我国工业机器人的销量

Tab.6 Sales of industrial robots in China

以6轴工业机器人为例进行分析,其需配套4个RV 减速器和2个谐波减速器,则配套轴承数量为66套(表7),价值约6 000元。2020年全国工业机器人需求约23.7×104套,需配套轴承1 564×104套、价值14亿元,其中国产工业机器人8.3×104台,需配套轴承548×104套、价值5亿元;2025年全国工业机器人需求47×104台,需配套轴承3 100 x104套、价值28亿元,其中国产工业机器人20 ×104台,需配套轴承1320×104套、价值12亿元。

表7 工业机器人减速器配套轴承种类及数量

Tab.7 Type and quantity of bearings for industrial robot reducer


(参考文献略)

来源:《轴承》2022年1期(节选)


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