工业机器人联合式支承回转装置的结构及设计

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1、技术应用TechniqueandApplication工业机器人联合式支承回转装置的结构及设计马贤祥赵锡芳王德建宁勤方施咸祖翁辉湖州德马物流系统工程有限公司，313023摘要：本文论述用于工业机器人的支承回转装置的联合式结构及计算方法。这种结构的特点是既保障了静态时的支承精度，又能承受得住动态时的倾覆弯曲力矩和轴向力，并且还具有一定的经济性。这为高速重负载的工业机器人的支承回转装置提供了一种新的结构形式。关键词：工业机器人，支承回转装置1概述速器的主轴承提供较高的支承精度。减速器中空的结构方便穿电缆和气管，使其不受繁杂回转弯曲结工业机

2、器人通常安装在制造业厂内车间使构的影响，这是很有必要的。但这种减速器造价很用，它的底座与地面固定。因此，通常多关节工业贵。机器人的第一个关节是支撑整机承重的底座和回转本文提出第三种混合型的支承回转装置，其关节，也有称作腰转关节的，这里我们称之谓支承结构特点是，同时采用有一定承载能力的中空主轴回转装置。承减速器和具有一定精度的交叉滚子轴承来共同完从支承回转与回转转动的传动减速器之间的成支承和回转功能，结构示意见图1。关系来看，现代工业机器人常见的支承回转装置结构有二种。第一种称为分体式，它在结构上，采用交叉滚子轴承来承受整机全部倾覆弯曲

3、力矩和轴向力（包括轴向的垂直作用力和水平作用力，并以转换成一个当量的轴向力来衡量），包括静态工况和动态工况；回转传动减速器只承受和传递回转中心轴的扭矩。这样，要求交叉滚子轴承的精度较高，并由它来保证机器人的支承精度。第二种称之为一体式，它在结构上采用具有足够承载能力的主轴承的减速器，如中空的RV减速图1混合型支承回转装置结构示意图器，机器人整机通过转台直接坐落在与回转中心轴这种结构的特点是，与回转中心同轴安装的中同轴安装的中空减速器的输出面板上。由减速器的空减速器的主轴承承受整机静态工况时的倾覆弯曲主轴承承受整机全部倾覆弯曲力矩和轴向

4、力，包括力矩和轴向力，而动态工况时的弯曲力矩和轴向力静态的和动态的。这样就不需要交叉滚子轴承。减2011年3月30日《机器人技术与应用》23技术应用TechniqueandApplication则主要由交叉滚子轴承来承受。这样，静态时的轴2.3交叉滚子轴承的选用及刚度匹配承精度由减速器的主轴承来保证，因而交叉滚子轴设交叉滚子轴承允许的最大弯曲力矩为[Mα]，承的精度就不需要像第一种分体式那样高的精度。允许的最大轴向力为[Pα]，机器人整机可能最大的虽然第二种一体式结构将支承回转与减速传动集成弯曲力矩和最大轴向力为M动MAX，P动MAX

5、，则应满足于减速器一体的结构形式是较为理想的，但既要保M动MAX<[Mb]（2）证传动精度又要保证支承精度和足够的支承承载能P动MAX<[Pb]力，在技术上和制造上要求都很高，且价格也十分设交叉滚子轴承的轴向游隙为∆b昂贵。有一定承载能力的中空主轴承减速器在价格则上有相当优势，因此第三种混合式结构有可能得到（3）较高的性价比。尤其是对于那些高速度、高精度、重负载的上下料搬运机器人、装配机器人、码垛机式中Kα为减速器输出面板的弯曲刚性,D为交器人等，只对到达作业对象的起始位置和目标位置叉滚子轴承滚子中心的圆周直径。的精度要求较高，当达到

6、这二个位置时，机器人的设交叉滚子轴承的弯曲刚性为Kb，则应满足速度和加减速度都已很低，几乎可以看作为静态工况，所以保证静态的精度是主要的。（4）2联合式支承回转装置的设计2.1工作原理推导上式时，取为共同承受M动MAX机器人的转台同时与回转传动减速器的输出轴时减速器再加上承受的小部分弯曲力矩值。面板以及交叉滚子轴承的内圈固定连接，减速器的外壳以及交叉滚子轴承的外圈与机器人底座固定连3交叉滚子轴承的弯曲刚度接，并且都应该是与回转中心轴同轴安装的。在不受力的状态时，交叉滚子轴承内外圈留减速器输出面板和主轴承的弯曲刚性Ka，一般有轴向游隙∆

7、，当承受静态弯曲力矩M静和轴向力由减速器制造厂家提供。对于交叉滚子轴承的弯曲P静时，它们全部由减速器输出轴面板和主轴承承刚性Kb，这里提供一些理论计算公式，以供参考。受，并产生弹性变形，但其变形量还未能完全消除如有制造厂家提供实验数据，则以制造厂家提供的交叉滚子轴承的游隙。在动态工况时，动态弯曲力数据为准。矩和轴向力使减速器输出轴面板和主轴承产生的变3.1单个滚子接触时的接触刚度形量，消除了交叉滚子轴承的轴向游隙。交叉滚子交叉滚子轴承的滚子与内外圈滚道的接触相轴承与减速器主轴承同时承受弯曲力矩和轴向力。当于二个圆柱体的接触，我们引用弹

8、性力学的赫兹由于交叉滚子轴承的弯曲刚度远远大于减速器输出公式，最大接触应力为：面板的弯曲刚度，所以在动态工况下，弯曲力矩和轴向力主要由交叉滚子轴承承受。2.2减速器主轴承的校核计算根据机器人机构动力学，在选定的回转传动减