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RV 減速器行星齒輪制造及探討

發布時間:2020-08-19 | 來源:互聯網 | 作者:
      RV減速器的行星齒輪要求內花鍵齒和外漸開線齒相位一致,采用精密定位的內花鍵齒形定位錐度心軸,消除內花鍵孔齒輪產生的幾何偏心,配合硬切削精拉內花鍵齒,通過有效實用的檢驗技術,可以確保行星齒輪的高精度及互換,通配使用,簡化加工工藝,減少不良率。

      擺線針輪減速器最早是德國人勞倫茲勃朗提出的一種少齒行星傳動機構,也被稱為擺線針輪行星齒輪傳動。而RV傳動是由傳統的擺線行星傳動發展而來,具有結構緊湊、壽命長、重量輕、傳動比大,角度傳遞誤差小、振動小,體積小的優點。工業機器人通常要執行重復的動作,以完成相同的工序;為了保證工業機器人在運行期間能夠可靠地完成工序任務以及工藝質量,這對工業機器人的定位精度和重復定位精度要求特別的高,RV減速器滿足了機器人高精準運作的要求,是工業機器人所有核心零部件中最關鍵的部分。

一 、RV減速器行星齒輪技術要求(零件圖、曲軸組立圖片,齒輪傳動圖片)

      RV減速器應用差動式行星傳動原理,第一級為漸開線圓柱齒輪行星傳動機構,第二級為擺線針輪行星傳動機構。行星齒輪和第二級傳動機構中的曲柄軸通過花鍵齒連接。如圖1,三個行星齒輪為一組,聯動運動,故行星齒輪內花鍵齒和外齒需要比較準確的相位位置要求,三個行星齒輪內外齒相位位置要求一致。

圖1 行星齒輪機構

      例如擺線針輪精密傳動減速器傳動損失要求小于1arc·min(角分),設計精度取1/2,即0.5arc·min(角分),則第一級行星齒輪傳動分配1/3.則傳動損失應小于10角秒,考慮到第一級行星齒輪傳動損失對輸出端的影響,是第二級傳動 i2分之一,即Δθ1/i2。

      故第一級行星齒輪傳動角度損失最大值Δθ1

      =10″x i2(假設i2=40)

      =400″(角秒)

      =0.111°(角度)

      取行星齒輪分度圓直徑d1=60mm

      則齒厚側隙允許。

      一般輸入軸安裝同心度,要求小于0.03mm,行星齒輪和輸入齒輪齒厚公差各取0.02mm。

圖2 齒輪側隙

      圖2所示,ΔWk=0.058≈0.06mm,取0.06±0.02.

      19 0 B X - 1 2 1 為例:R 2 = 3 0 , R 1 = 7 . 2 5 , 則P1=1/4*ΔWk=0.015mm,行星齒輪內花鍵齒和外齒相位偏角α:

      α=0.015/R2=0.0005(弧度)=0.028°=1.68′(角分)

      則P2=1/4*P1=0.00375mm

      所以內花鍵的公法線尺寸公差需要控制在0.00375mm以內,這幾乎是一個不可能達成的目標。

二、行星齒輪的制造工藝

      每組行星齒輪間內花鍵齒和外齒相位偏角要求小于0.028°,漸開線外齒精度取7級(GB/T10095- 2008),內花鍵齒公法線公差小于0.00375mm,這樣對行星齒輪加工提出了難題,常規加工工藝已無法滿足要求,采用經濟公差帶7級(IT7)利于批量生產,十分有必要,采用內花鍵齒零間隙定位方式及成組加工方式是考慮的二個方向,所以減速器行星齒輪加工需解決行星齒輪內花鍵齒定位問題及內外齒相位一致的定位問題。

(A)加工方法探討

      采用成組加工方式,即3個行星齒輪一組,同時拉內花鍵,粗滾外齒,滲碳淬火,精滾外齒,組合方式一般采用整體一體式和單片成組式(圖3)。


  圖3

      采用整體一體式的,加工完成以后,再分割加工,最后做標記。采用單片成組式的,加工完成后,做標記區分,二種方式可解決各組齒輪內外齒相位一致的問題。

      行星齒輪采用單片加工方式必須考慮內外齒相位一致,內花鍵齒零間隙定芯的工裝,要求工裝裝夾一致性好,定位、定芯可靠,工裝制作有難度,精度要求高。

各種加工方式優缺點對比見表1。


 表1 各種加式工方式對比

(B)內花鍵加工工藝

      行星齒輪一般采用漸開線花鍵形式,齒輪材料采用低碳合金鋼。如20CrMo,20CrMnTi等,內花鍵采用拉刀拉削成形,對齒輪粗滾加工后,一般需要進行滲碳淬火處理,熱處理后齒輪會有變形發生,以190BX- 121行星齒輪為例,滲碳淬火后,內花鍵變形程度在0.02mm左右,內孔、齒形、齒面均變形0.02mm左右,所以要保證內花鍵齒公法線尺寸變化在0.00375mm以內,幾乎沒有可能,熱處理變形,拉刀磨損,工裝誤差等累積誤差遠遠大于0.00375mm,也大于IT7級的公差。

      追加熱處理后精拉內花鍵工藝十分有必要,行星齒輪滲碳淬火后,磨削二平面,平面度在0.01mm以內,采用熱后硬切削拉刀,拉刀材質:粉未高速鋼+TiN涂層,拉床用Nachi,Sanyo等廠家的熱后精拉床,行星齒輪熱處理后硬度控制在HRC45- 51,精拉后,內花鍵齒公法線尺寸公差可控制在±0.01mm以內,大大提高內花鍵齒的精度,可達到IT7級以上,為后續精加工外齒打下基礎。

(C)精密定位內花鍵齒形定位錐度芯軸加工工藝

      前面提到的成組組合加工方式,和內花鍵齒精拉工藝,其實并沒有解決行星齒輪內花鍵齒精密定位加工外齒的問題。由于內花鍵齒公法線公差無法保證在0.00375mm以內,一般控制在IT7級,為了確保行星齒輪的精度,且內外齒的相位一致,通過專門的工裝設計來保證,是一條行之有效的途徑,采用“精密定位內花鍵齒定位錐度芯軸加工”是一條有效的經驗,如圖4所示:


  圖4

      (1)錐度芯軸消除定心誤差;

      (2)芯軸精密定位,對應齒輪標記,保證相位一致;

      (3)結合自動化生產,數控加工,精確導向,提高生產效率;

      (4)行星齒輪可通配,減小損失,降低成本;

      (5)行星輪內花鍵,曲軸花鍵公差按經濟公差IT7級制作,齒輪和曲軸花鍵采用過渡配合,曲軸前端花鍵磨出導向部,確保內外花鍵精密配合(圖5)。

圖 5 曲軸和行星齒輪裝配

三、行星齒輪檢測技術

      行星齒輪漸開線外齒輪精度;齒形Fa、齒向Fβ、齒跳Fr、齒距累積誤差Fp,fpt等,行星齒輪裝入錐度芯軸,使用齒輪測量中心可以測量,公法線長度Wk用公法線千分尺測量。內花鍵采用拉刀拉削成形,需測量內花鍵齒的公法線長度Wk或跨棒距M值,及內花鍵齒和外漸開線齒的相位位置,因為內花鍵齒采用小模數模數m≤1.5,一般大徑小于φ30,使用常用測量器具難以測量。

      漸開線內花鍵通常使用花鍵通止規檢測,只做簡單的判定Go或No Go,但不能測定花鍵齒的實際尺寸。

      基于RV減速器行星齒輪的特殊要求,哈爾濱智達測控開發了Z系列全數字3D測頭及測頭管理系統的齒輪測量中心,配備專門測量軟件,可以測量RV減速器行星齒輪的各個要素,外部漸開線齒輪的精度:Fp,Fα,Fβ,Fr等,內花鍵齒的M值,齒距累積偏差Fp,內外齒的相位位置等,滿足RV減速器行星齒輪的測量要求。

結語

      RV減速器行星齒輪加工制造采用精密定位內花鍵齒形定位錐度芯軸,可以消除定心誤差,保證相位一致,提高生產效率,減小損失,降低成本。

      單片加工方式可以提高產品互通互換性,并且可以達到較高的加工精度。

      熱處理后精拉內花鍵,精刮外漸開線齒,可消除熱處理變形,提高產品精度。
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