工業機器人(rén)因其重複精度高(gāo)、可(kě)靠性好、抗惡劣環境能力強等優點，已經在汽車制造等多(duō)個(gè)領域廣泛應用(yòng)。工業機器人(rén)的(de)普及應用(yòng)是汽車企業實現自動化(huà)生産，提高(gāo)産品質量和(hé)生産效率，節約勞動力和(hé)制造成本、增強行業競争力的(de)有效手段。

國内工業機器人(rén)制造産業從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(de)支持下(xià)，經過十幾年的(de)研制、生産和(hé)應用(yòng)，使中國的(de)機器人(rén)産業從無到有，跨出了(le)一大(dà)步。目前，從中國工業機器人(rén)市場(chǎng)來(lái)看，國外進口的(de)工業機器人(rén)所占重比較大(dà)，與外資品牌相比，造成國産機器人(rén)在無故障運行時(shí)間、定位精度、定位速度以及精度保持度方面的(de)差距主要體現在核心零部件技術不達标。工業機器人(rén)軸承作爲工業機器人(rén)的(de)關鍵配套元件，對(duì)機器人(rén)的(de)運轉平穩性、重複定位精度、回轉精确度以及工作的(de)可(kě)靠性等關鍵性能指标具有重要影(yǐng)響。

工業機器人(rén)專用(yòng)配套軸承的(de)特點與分(fēn)類

現代工業機器人(rén)的(de)方向發展趨于輕型化(huà)，這(zhè)就要求與其配套的(de)軸承具有更加輕便的(de)結構。由于軸承要在有限的(de)安裝空間裏滿足工業機器人(rén)主機對(duì)軸承承載能力、精度、剛度和(hé)摩擦力矩的(de)性能要求，選用(yòng)标準的(de)通(tōng)用(yòng)軸承很難滿足這(zhè)種要求，而薄壁軸承追求外形極限尺寸，具有重量輕、體積小、精度高(gāo)、壽命長(cháng)等優良性能，能夠很好地解決這(zhè)一問題。

工業機器人(rén)軸承，準确地說應該叫做(zuò)用(yòng)于工業機器人(rén)的(de)軸承，主要包括：薄壁球軸承、 交叉圓柱滾子軸承、諧波減速機軸承等。它們大(dà)多(duō)采用(yòng)非标準、多(duō)滾動體等設計原則。

1.等截面薄壁軸承

與普通(tōng)軸承不同，該種軸承每個(gè)系列中橫截面大(dà)多(duō)爲正方形，且尺寸被設計爲固定值（見圖1）：在同一個(gè)系列中橫截面尺寸是不變的(de)，它不随内徑尺寸增大(dà)而增大(dà)，故稱之爲等截面薄壁軸承。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(hé)薄壁深溝球軸承系列三種系列，多(duō)被應用(yòng)于工業機器人(rén)的(de)腰部、肘部、腕部。在内徑尺寸相同的(de)情況下(xià)，薄壁等截面球軸承比标準滾動軸承裝的(de)鋼球數多(duō)，因此改善了(le)軸承内部受力分(fēn)布，減小了(le)鋼球與溝道接觸處的(de)彈性變形，提高(gāo)軸承的(de)承載能力。

2.薄壁交叉圓柱滾子軸承

薄壁交叉圓柱滾子軸承内部結構采用(yòng)滾子呈90°相互垂直交叉排列，單個(gè)軸承能同時(shí)承受徑向力、雙向軸向力與傾覆力矩的(de)共同作用(yòng)，滾子之間裝有間隔保持器或者隔離塊，可(kě)以防止滾子的(de)傾斜或滾子間的(de)相互磨察，有效防止了(le)摩擦力矩的(de)增加（見圖2）。另外，滾子垂直交叉排列的(de)結構可(kě)以避免滾子的(de)鎖死現象；同時(shí)又因爲軸承内外圈是分(fēn)割的(de)結構，間隙可(kě)調，即使被施加壓力，也(yě)能獲得(de)較高(gāo)的(de)旋轉精度。薄壁交叉滾子軸承以其輕型結構與良好的(de)性能主要用(yòng)于機械手臂、關鍵式機器人(rén)肩部、腰部、臀部等。

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(dà)，定位精度高(gāo)等諸多(duō)優點被廣泛應用(yòng)于工業機器人(rén)。對(duì)于RV減速器，軸承的(de)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(duō)種薄壁軸承系列及圓柱滾子保持架組件系列（見圖3）。

4.諧波減速器

諧波減速器是一種靠波發生器使柔輪産生可(kě)控彈性變形，利用(yòng)柔性軸承可(kě)控的(de)彈性變形來(lái)傳遞運動和(hé)動力的(de)，其特點是結構緊湊、運動精度高(gāo)、傳動比大(dà)，多(duō)用(yòng)于中小轉矩的(de)機器人(rén)關節。柔性軸承是諧波減速器的(de)核心部件，通(tōng)過軸承的(de)彈性變形達到高(gāo)減速比的(de)要求，而且，諧波減速器壽命主要取決于柔性軸承壽命（見圖4）。柔性軸承工作中随柔輪的(de)彈性變形不斷的(de)發生變化(huà)，不僅承受循環應力載荷，而且承受交變應力載荷。

工業機器人(rén)軸承的(de)發展現狀

工業機器人(rén)軸承作爲工業機器人(rén)的(de)關鍵配套基礎零部件之一，在我國還(hái)是一個(gè)相對(duì)薄弱環節。現有的(de)軸承國家标準不能滿足和(hé)指導工業機器人(rén)軸承的(de)設計、生産和(hé)檢驗。

洛陽佰納公司多(duō)年來(lái)一直緻力于工業機器人(rén)軸承的(de)研究與開發，現已形成交叉圓柱滾子軸承、諧波減速器軸承、交叉滾子轉盤軸承三大(dà)類型系列産品，産品從内徑中20mm到外徑 1000mm，精度從P5到P2級均可(kě)生産制造，完全能夠滿足工業機器人(rén)主機廠的(de)需要。

公司在工業機器人(rén)軸承研制和(hé)生産實踐中，爲使工業機器人(rén)軸承生産标準化(huà)、系列化(huà)，先後編制了(le)工業機器人(rén)用(yòng) 諧波減速機軸承樣本、十字交叉圓柱滾子軸承樣本、交叉滾子轉盤軸承樣本，制定了(le)産品技術标準，該标準經專家論證、質量技術監督局備案，填補了(le)國内空白，并與國際标準接軌。

目前，洛陽佰納專業從事工業機器人(rén)軸承研究與開發，幾年來(lái)累計生産銷售各種機器人(rén)軸承近10萬套，遠(yuǎn)銷歐美(měi)、日本、韓國、新加坡、中國台灣等國家和(hé)地區(qū)，同時(shí)也(yě)爲國内多(duō)家從事工業機器人(rén)及零部件研發和(hé)生産的(de)企業、科研單位提供産品配套和(hé)技術支持服務。

機器人(rén)用(yòng)軸承關鍵技術

（1）薄壁軸承負遊隙的(de)精準控制技術。工業機器人(rén)軸承要求運轉平穩，要有合适的(de)啓動摩擦力矩，因此軸承生産、裝配時(shí)要有合适量的(de)負遊隙。軸承的(de)負遊隙過大(dà)或過小會直接影(yǐng)響軸承的(de)噪聲、振動與壽命，由于機器人(rén)用(yòng)薄壁軸承内外套圈的(de)壁厚較薄，采用(yòng)加載加載方式測量遊隙時(shí)，易導緻套圈變形，負遊隙的(de)量很難控制，需要采用(yòng)特殊的(de)加工裝配方法和(hé)工藝，并使用(yòng)特殊的(de)裝配工具。

（2）薄壁角接觸球軸承裝配高(gāo)度的(de)精确控制。機器人(rén)結構緊湊，安裝空間精确，要求軸承的(de)裝配高(gāo)的(de)偏差嚴格，而且國外同類軸承的(de)裝配高(gāo)也(yě)控制極爲嚴格。由于薄壁角接觸球軸承套圈壁厚很小，極易産生變形，各尺寸精度難以精确控制，内外圈及滾動體選配尺寸難以嚴格控制，造成軸承裝配後裝配高(gāo)偏差過大(dà)。因此，要想實現薄壁角接觸球軸承裝配高(gāo)的(de)精确控制，甚至達到萬能配對(duì)的(de)目的(de)，必須對(duì)軸承進行特殊的(de)溝位置設計、磨加工工藝制訂、精确的(de)選配等，同時(shí)增加軸承凸出量的(de)修磨工藝。

（3）薄壁軸承的(de)精準裝配技術。由于機器人(rén)專用(yòng)系列精密軸承壁厚超薄，剛度差，采用(yòng)普通(tōng)的(de)裝配方法及模具，在加熱(rè)裝配合套時(shí)極易變形。因此，要實現薄壁軸承的(de)精密裝配，達到成品的(de)各項指标，必須采用(yòng)針對(duì)薄壁軸承的(de)裝配尺寸選配、裝配工藝制訂和(hé)特殊的(de)裝配模具及附件，對(duì)選配好的(de)軸承套圈進行嚴格的(de)修磨，制定詳細、嚴格的(de)裝配工藝，并研制專用(yòng)的(de)裝配合套工具及附件，以保證軸承裝配後的(de)精度。

（4）薄壁軸承套圈内外徑非接觸測量技術。薄壁軸承套圈壁厚非常薄，需要精密車和(hé)磨來(lái)達到所要求的(de)公差，同時(shí)薄壁軸承套圈輪廓參數的(de)測量精度要求也(yě)極高(gāo)，采用(yòng)傳統的(de)檢測手段，如标準軸承外徑測量使用(yòng)的(de)D913儀器，用(yòng)0.001的(de)扭簧表測量，要求有一定的(de)測力，但是表的(de)測力人(rén)爲很難精确控制，直接影(yǐng)響薄壁套圈的(de)外徑測量精度，無法滿足檢測的(de)需求。因此，需要對(duì)薄壁軸承套圈内外徑測量方法進行研究，以非接觸光(guāng)學精密測量技術爲基礎，綜合運動計算(suàn)機主動視覺、圖像處理(lǐ)、精密運動控制及計算(suàn)機控制等相關技術，研制開發一套薄壁軸承套圈外輪廓專用(yòng)測量儀器。

（5）基于機器人(rén)工況條件的(de)軸承綜合性能試驗技術。爲了(le)考核和(hé)評價機器人(rén)軸承的(de)性能、壽命及可(kě)靠性，裝機前必須進行模拟試驗或批量生産時(shí)抽樣試驗，以确保裝機的(de)軸承性能穩定可(kě)靠。由于機器人(rén)軸承結構的(de)特殊性，需要研制專用(yòng)的(de)軸承的(de)試驗裝置，并進行模拟工況試驗，檢測軸承的(de)振動、溫度、載荷、轉速、摩擦力矩及旋轉精度等性能，根據所配套的(de)機器人(rén)的(de)用(yòng)途及使用(yòng)要求，制定相應的(de)試驗規範，完成規定數量和(hé)時(shí)限的(de)壽命試驗，并對(duì)試驗後各項檢測與實驗前數據進行對(duì)比分(fēn)析，從而評估軸承的(de)使用(yòng)性能、壽命及可(kě)靠性是否滿足要求。

工業機器人(rén)是一種新型的(de)可(kě)以代替部分(fēn)人(rén)工進行工業生産的(de)高(gāo)科技的(de)智能機器設備。作爲工業生産的(de)機器人(rén)，無非可(kě)以用(yòng)三個(gè)字來(lái)形容其要求：快(kuài)、準、穩。

對(duì)于現在的(de)機器人(rén)生産技術來(lái)說，快(kuài)、準都更容易辦到，而如果在做(zuò)到快(kuài)、穩的(de)同時(shí)還(hái)要做(zuò)到準，那就相對(duì)來(lái)說比較難了(le)。

這(zhè)裏就定義了(le)一個(gè)詞：工業機器人(rén)的(de)重複定位精度——工業機器人(rén)重複做(zuò)某個(gè)動作（一般10--20次），每次與計劃的(de)位置的(de)偏差的(de)均值是它的(de)重複定位精度，一般需用(yòng)激光(guāng)幹涉儀來(lái)測量。

對(duì)于工業機器人(rén)來(lái)說，精度是相當重要的(de)因素，它直接影(yǐng)響産品的(de)質量與生産效率。而影(yǐng)響工業機器人(rén)的(de)精度的(de)主要因素就是軸承，那麽什(shén)麽樣的(de)軸承能使工業機器人(rén)會有較高(gāo)的(de)精度呢(ne)？

1、關鍵結構參數設計

工業機器人(rén)的(de)軸承具有長(cháng)壽命、高(gāo)剛性、低摩擦的(de)使用(yòng)要求，所以在設計工業機器人(rén)的(de)時(shí)候不僅要考慮盡可(kě)能大(dà)的(de)額定動載荷，還(hái)需要精心選擇每個(gè)結構參數的(de)值，以改善軸承零件接觸應力分(fēn)布，達到有利于潤滑油膜形成的(de)接觸狀态，提高(gāo)軸承的(de)使用(yòng)壽命。

2、套圈溝道位置

工業機器人(rén)的(de)接觸球軸承内、外圈采用(yòng)整體結構，而且一般截面積隻有相同内徑标準軸承20％，所以就造成了(le)保持架的(de)徑向壁厚取值很有限，如果把溝道位置設計在軸承寬度的(de)中心，這(zhè)樣軸承就成了(le)對(duì)稱結構，同時(shí)保持架兜孔底部強度和(hé)密封圈的(de)安裝位置就将受到限制。因此，爲保證軸承保持架具有足夠的(de)強度和(hé)密封圈有足夠的(de)安裝空間，溝位置采取對(duì)兩側端面不對(duì)稱的(de)設計。

3、擋邊高(gāo)度的(de)确定

工業機器人(rén)的(de)接觸球軸承處于工作狀态時(shí)，在承受一定的(de)徑向載荷時(shí)，同時(shí)還(hái)要承受一定的(de)軸向載荷。若承受的(de)軸向載荷過大(dà)，可(kě)能造成鋼球與内、外圈擋邊邊緣接觸或擋邊與滾道之間的(de)接觸橢圓被截斷，這(zhè)時(shí)候就會産生應力集中，軸承套圈就會受到磨損，從而影(yǐng)響精度。

因此，擋邊高(gāo)設計時(shí)，需根據軸承承受軸向載荷大(dà)小利用(yòng)Hertz接觸應力理(lǐ)論推算(suàn)出軸承套圈最小擋邊高(gāo)度J，從而計算(suàn)出套圈擋邊直徑。而在設計時(shí)考慮到接觸球軸承截面積較小，在滿足使用(yòng)要求前提下(xià)，擋邊高(gāo)系數取值可(kě)以比深溝球軸承小。

4、密封結構設計

工業機器人(rén)的(de)軸承的(de)早起破壞一般是因爲密封性不好，因爲密封性不好，空氣中的(de)雜(zá)物(wù)或者其他(tā)污染物(wù)就容易進入軸承，從而使潤滑脂逐漸失效，導緻軸承損壞。所以軸承的(de)密封性很關鍵。因此設計密封軸承時(shí)，既要考慮到密封，同時(shí)要考慮到軸承的(de)具體工作要求和(hé)軸承的(de)具體結構形式。

工業機器人(rén)正在朝小型化(huà)、輕量化(huà)、精密化(huà)發展。因此工業機器人(rén)用(yòng)軸承的(de)潤滑采用(yòng)帶密封結構的(de)潤滑方式進行脂潤滑。

5、針對(duì)工業機器人(rén)軸承壁薄的(de)特點

軸承内圈與密封唇的(de)配合方式一般有兩種：

(1)内圈密封唇與内圈擋邊接觸的(de)接觸式密封

(2)内圈密封唇與内圈擋邊接觸的(de)非接觸式密封

接觸式密封相對(duì)于非接觸式密封防塵漏脂效果要好，但其摩擦力矩較大(dà)，溫升較高(gāo)，考慮到摩擦力矩較大(dà)，對(duì)機器人(rén)主機有不利影(yǐng)響，設計時(shí)一般采用(yòng)非接觸式密封結構。

另外由于軸承套圈壁很薄，軸承内、外圈易變形，所以内圈擋邊可(kě)采用(yòng)無槽結構，但要嚴格控制密封間隙。

機器人(rén)軸承共性技術研究現狀

國内工業機器人(rén)配套軸承大(dà)部分(fēn)依靠進口，少數廠家雖然生産制造工業機器人(rén)配套軸承，但批量小、品種規格少，零部件通(tōng)用(yòng)化(huà)程度低，供貨周期長(cháng)，成本高(gāo)，而且質量不穩定，這(zhè)些因素嚴重制約了(le)國内工業機器人(rén)産業的(de)正常發展。

目前，我國從事工業機器人(rén)配套軸承研發的(de)單位大(dà)多(duō)集中在河(hé)南(nán)洛陽。洛陽軸研科技股份有限公司（軸研所）早在“七五”期間首次展開機器人(rén)技術攻關，承擔了(le)其中的(de)子課題《機器人(rén)專用(yòng)軸承的(de)開發研究》，對(duì)焊接、噴塗、裝配機器人(rén)用(yòng)薄壁四點接觸球軸承和(hé)薄壁交叉圓柱滾子軸承進行了(le)設計、試制、性能檢測及壽命試驗，與德國YAO及日本THK同類軸承對(duì)比結果，達到了(le)國際同類産品技術水(shuǐ)平。研制産品應用(yòng)于大(dà)連組合機床研究所12公斤焊接機器人(rén)、廣州機床研究所50公斤搬運機器人(rén)、機械工業自動化(huà)研究所75公斤焊接機器人(rén)均滿足主機要求。近年來(lái)，軸研科技股份有限公司對(duì)薄壁軸承的(de)結構特點、剛度、精度、摩擦力矩、預緊和(hé)應用(yòng)等進行探討(tǎo)，定性分(fēn)析了(le)薄壁軸承設計要考慮的(de)問題和(hé)軸系支承剛度對(duì)軸承變形的(de)影(yǐng)響，爲國内工業機器人(rén)專用(yòng)配套軸承的(de)系列開發提供了(le)有力的(de)技術支撐和(hé)研究基礎。

洛陽LYC軸承公司針對(duì)諧波傳動用(yòng)柔性軸承的(de)類型、結構特點、軸承材料及熱(rè)處理(lǐ)工藝、尺寸公差和(hé)旋轉精度、滾動體精度、遊隙、檢驗方法等進行了(le)深入研究。河(hé)南(nán)科技大(dà)學提出了(le)輕量化(huà)綠色化(huà)長(cháng)壽命薄壁四點接觸球軸承的(de)結構設計方法，研究了(le)軸承有效壁厚與承載能力、啓動摩擦力矩等關鍵性能指标之間的(de)關系，找到了(le)保證壽命與可(kě)靠性條件下(xià)的(de)最小壁厚，從而提高(gāo)軸承材料利用(yòng)率、降低軸承重量，節約能源，性能指标超過了(le)國外同類産品。

北(běi)京諧波技術研究所在考慮到柔性軸承工作特點、滾動體離心力作用(yòng)以及EHL油膜影(yǐng)響的(de)前提下(xià)，提出了(le)一種分(fēn)析計算(suàn)柔性軸承載荷分(fēn)布和(hé)接觸應力的(de)方法，對(duì)于按照(zhào)動負荷能力來(lái)計算(suàn)柔性軸承的(de)許用(yòng)載荷具有一定意義。

洛陽維斯格軸承、洛陽鴻元軸承、上海烈力軸承等單位也(yě)都憑借自己研發生産的(de)工業機器人(rén)專用(yòng)配套軸承或應用(yòng)工程項目活躍在當今國内外工業機器人(rén)專用(yòng)軸承市場(chǎng)上。此外，一些科研院所和(hé)大(dà)學也(yě)均在進行高(gāo)端工業機器人(rén)軸承制造技術及應用(yòng)項目方面的(de)研發工作。

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