潘建安，熊匯捷，徐子軒，陳文君，王佳藝，王慶祥，李政

中汽檢測技術(shù)有限公司，廣東廣州 510665)

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著 “德國工業(yè)4.0”和“中國制造2025”戰(zhàn)略的相繼提出，全球制造業(yè)的智能化改革取得了巨大的進(jìn)展。中國作為世界工業(yè)機(jī)器人最大的制造和使用國，自主品牌機(jī)器人在主要行業(yè)市場占有率總體呈現(xiàn)上升趨勢，應(yīng)用行業(yè)繼續(xù)擴(kuò)大，已涉及國民經(jīng)濟(jì)47個(gè)行業(yè)大類和126個(gè)行業(yè)中類[1]，釋放出更多的市場需求，國產(chǎn)機(jī)器人用精密減速器也隨之進(jìn)入規(guī)模放量。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2019年上半年中國減速機(jī)產(chǎn)量為463.59萬臺(tái)[2]。

機(jī)器人用精密減速器作為我國機(jī)器人發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一，其性能的好壞直接決定了機(jī)器人的質(zhì)量。機(jī)器人精密減速器具有體積小、質(zhì)量輕、承載能力強(qiáng)、速比大、精度高等優(yōu)點(diǎn)，其傳動(dòng)效率、傳遞誤差、扭轉(zhuǎn)剛度等技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)都備受關(guān)注[3]。目前國內(nèi)很多企業(yè)和檢測機(jī)構(gòu)自主研發(fā)生產(chǎn)減速器性能試驗(yàn)臺(tái)，開展減速器各項(xiàng)性能研究，以應(yīng)對日漸增長的市場需求。由于測試工作會(huì)給高速運(yùn)行的減速器施加動(dòng)載荷，如果減速器裝配不合理則會(huì)產(chǎn)生異常振動(dòng)和噪聲，影響試驗(yàn)結(jié)果甚至損壞試驗(yàn)臺(tái)[4]。

本文作者根據(jù)減速器性能臺(tái)架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以常見的RV-E型減速器為例，提出相應(yīng)的減速器裝配模塊的改進(jìn)方法，從而提高試驗(yàn)過程的穩(wěn)定性，保證測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

1 減速器性能試驗(yàn)臺(tái)簡述

減速器性能試驗(yàn)臺(tái)由驅(qū)動(dòng)端裝置、被試減速器、測量模塊、負(fù)載端裝置組成。各個(gè)部件安裝固定在鐵平板基座上，所有旋轉(zhuǎn)軸系需要有良好的對中性，以保證設(shè)備運(yùn)行時(shí)平穩(wěn)無振動(dòng)；測量模塊實(shí)時(shí)采集監(jiān)控被試件的轉(zhuǎn)速、扭矩、角度、溫度、輸入輸出功率等參數(shù)的變化，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)效率、傳動(dòng)誤差、扭矩剛度、空程、齒隙等數(shù)據(jù)分析，符合CRIA 0001—2018、GB/T 37165—2018、GB/T 37718—2019等標(biāo)準(zhǔn)的測試要求。

由于機(jī)器人用精密行星擺線減速器種類繁多，尺寸各異，需要經(jīng)常拆卸更換工裝夾具來滿足裝配需要。據(jù)國際龍頭品牌Nabtesco的產(chǎn)品使用手冊規(guī)定：常用的RV-E型減速器與電機(jī)安裝法蘭的同軸度必須小于φ0.05 mm，扭矩較小系列的減速器如RV-80E，同軸度必須小于φ0.03 mm，如表1所示。如果因工裝夾具引起試驗(yàn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸系與被試減速器軸系之間對中不良，則會(huì)存在設(shè)備振幅過大、聯(lián)軸器偏轉(zhuǎn)、軸承過早損壞等問題。所以工裝夾具的加工精度和安裝方法直接影響到減速器性能試驗(yàn)臺(tái)整體穩(wěn)定性。

表1 常用RV-E系列減速器型號(hào)及同軸度要求

2 被試件裝配模塊及存在問題

機(jī)器人用精密行星擺線減速器安裝在驅(qū)動(dòng)端和負(fù)載端裝置之間，如圖1所示。所需工裝包括：減速器輸入軸、減速器與機(jī)座連接的過渡板、減速器輸出端與試驗(yàn)臺(tái)連接的連接法蘭。設(shè)計(jì)時(shí)需盡量減少機(jī)械連接環(huán)節(jié)，并且各個(gè)連接件軸心要與試驗(yàn)臺(tái)軸心盡可能對齊，以減少傳動(dòng)鏈的累積誤差，保證減速器能平穩(wěn)運(yùn)行。

圖1 裝配示意

在試驗(yàn)臺(tái)原設(shè)計(jì)方案中，為了平衡裝配精度與安裝便捷性，采取以下措施：一體式輸入軸，整體同軸度要求小于φ0.01 mm，如圖2所示；底座、過渡板、減速器、連接法蘭之間的連接環(huán)節(jié)皆通過有加工精度的止口裝配，采用H7/g6的小間隙裝配方式；各個(gè)工裝端面需要保證的垂直度與平面度，如圖3所示。

經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)過程中偶爾會(huì)出現(xiàn)較大的噪聲與振動(dòng)。究其原因，大致分為兩種：(1)維護(hù)保養(yǎng)方面，例如設(shè)備平臺(tái)上各基座鎖緊螺栓松動(dòng)、聯(lián)軸器老化變形等，可能會(huì)影響旋轉(zhuǎn)運(yùn)行的穩(wěn)定性；(2)工裝設(shè)計(jì)方面，此設(shè)計(jì)方案未能很好保證各連接環(huán)節(jié)的同軸度，且裝配操作難度高，難以保證試驗(yàn)所需的高精度要求。因此，為保證試驗(yàn)的穩(wěn)定性及試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，除日常的維護(hù)保養(yǎng)外，需要針對上述問題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖2 輸入軸

圖3 過渡板

3 工裝夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)

原方案中，工裝夾具的各個(gè)配合面使用H7/g6小間隙配合方式，其缺點(diǎn)是被試件安裝質(zhì)量會(huì)受限于工裝夾具的加工質(zhì)量，有可能會(huì)出現(xiàn)被試件與試驗(yàn)臺(tái)不同軸的現(xiàn)象。優(yōu)化方案中使用0.15～0.20 mm間隙的間隙配合方式，在安裝的過程中需要借助百分表調(diào)節(jié)各個(gè)工裝的同軸度。

3.1 輸入軸

輸入軸由整體式改為分體式，由中軸、小軸、齒輪軸三部分裝配為一體，如圖4所示。小軸與齒輪軸采H7/g6公差配合。中軸與小軸之間有定位軸孔，采用0.15～0.20 mm間隙的間隙配合，以便調(diào)節(jié)齒輪軸組件的位置。

圖4 輸入軸優(yōu)化方案

安裝步驟：中軸與軸承裝配好后，安裝在底座組件內(nèi)。小軸與齒輪軸使用定位螺釘或長螺釘緊固，組裝成齒輪軸組件。小軸底部設(shè)計(jì)直徑60 mm的法蘭，用螺釘稍加扭矩，將齒輪軸組件預(yù)裝于中軸的端面。驅(qū)動(dòng)輸入端電機(jī)，轉(zhuǎn)速不大于10 r/min。安裝固定表座，調(diào)節(jié)百分表，使得齒輪軸被測表面與測頭能觸碰，壓縮量有1～2圈?？捎媚z錘從徑向輕敲齒輪軸組件，調(diào)整其位置使之旋轉(zhuǎn)時(shí)軸跳動(dòng)不大于0.01 mm，最后鎖緊法蘭上的螺栓。

3.2 過渡板

將過渡板預(yù)裝在底座上，給螺栓螺母稍加扭矩，使過渡板與底座端面完全貼合。兩部件的止口使用間隙配合，設(shè)計(jì)間隙為0.15～0.20 mm。將表座固定在輸入軸上，調(diào)節(jié)百分表，使過渡板止口與測頭觸碰，壓縮量有1～2圈。通過旋轉(zhuǎn)輸入軸帶動(dòng)百分表轉(zhuǎn)動(dòng)，以檢查過渡板的位置。這時(shí)以輸入軸旋轉(zhuǎn)中心為基準(zhǔn)軸線，用膠錘徑向輕敲過渡板，調(diào)整其位置，使之與基準(zhǔn)軸線的同軸度不大于φ0.025 mm。最后鎖緊螺栓螺母，完成過渡板的安裝，如圖5所示。

圖5 過渡板裝配示意

3.3 被試件

RV-E型減速器與過渡板配合方式為G6/h7，將減速器垂直推進(jìn)過渡板，檢查齒輪軸與齒輪是否正確嚙合，最后鎖上螺釘，根據(jù)使用手冊上推薦的螺栓緊固扭矩值進(jìn)行加固。上述裝配步驟可以讓輸入軸、過渡板、減速器的軸心都處于同一個(gè)基準(zhǔn)軸線上，相互間同軸度不大于φ0.03 mm，符合RV-E型減速器的裝配要求。

3.4 連接法蘭

將連接法蘭預(yù)裝在減速器輸出端上，給螺栓稍加扭矩，使之與減速器輸出端端面完全貼合。兩部件止口的設(shè)計(jì)間隙為0.15～0.20 mm。以100 r/min轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)電機(jī)，將表座固定在鐵平板基座上，測頭觸碰連接法蘭外表面，壓縮量有1～2圈，檢查其旋轉(zhuǎn)時(shí)的徑向跳動(dòng)。這時(shí)以輸出軸旋轉(zhuǎn)中心為基準(zhǔn)軸線，一邊觀察百分表跳動(dòng)，一邊用膠錘徑向輕敲連接法蘭，調(diào)整其位置使之與基準(zhǔn)軸線的同軸度不大于φ0.01 mm。最后鎖緊連接法蘭兩端的螺栓，完成減速器輸出端與負(fù)載端裝置的連接，如圖6所示。

圖6 連接法蘭安裝示意

上述的4個(gè)安裝步驟涉及到3個(gè)部分內(nèi)容：實(shí)現(xiàn)輸入軸與試驗(yàn)臺(tái)軸線對中；減速器在安裝面上徑向方向的位置調(diào)節(jié)；連接被試件與負(fù)載端裝置，實(shí)現(xiàn)從左到右各部分逐一對中，使得工裝夾具、被試件、試驗(yàn)臺(tái)軸心有良好的對中性，如圖7所示。

圖7 安裝完成

4 結(jié)論

經(jīng)過大量實(shí)踐裝配測試，把原方案中的一體式輸入軸優(yōu)化為分體式輸入軸，同時(shí)手動(dòng)調(diào)整各個(gè)工裝夾具的徑向位置，能使RV-E型減速器在裝配過程中更容易達(dá)到高同軸度要求，在測試過程中運(yùn)行更加平穩(wěn)，減少了減速器性能試驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)，降低了設(shè)備因振動(dòng)引起的損壞風(fēng)險(xiǎn)，提高測試結(jié)果的可靠性，為機(jī)器人用精密行星擺線減速器檢測提供了技術(shù)保障。