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王超俊J李智博1，王东峰2，孙建勇2
（1•河南广播电视大学，郑州450046；.洛阳轴承研究所有限公司，河南洛阳471039）
摘要：通过对RV减速器主轴承受力模型分析得知，要保证其具有足够的径向、轴向及力矩承载能力，则其接触角范围应为34。~54。；工艺设计应重点控制内外圈沟位置、配合面平面度、凸出量偏差（4.0mm）、装配高散差等，而对于套圈宽度偏差、平行差、挡边高度等均可放宽控制标准；轴承安装时可通过调整RV减速器某一侧的垫片厚度保证其具有合适的刚度。 关键词：滚动轴承；减速器；角接触球轴承；设计；应用
中图分类号:TH109.39+1;TH160.5文献标志码:B DOI：14.19233/j.issnlOOO-3762.2020.43.010
Design and Application of Main Bearings for RV Reducer of Robot铝制工艺品
WANG Chaojun1丄I Zhibo1,WANG Doifeng0,SUN Jianyoni0
(1.Henan RaOia and TV University,Zhenyzhon450044,Chino；2.Luoyany Beariny Research Institute Co.,Ltd.,Luoyany471939,Chino)
Abstrace:Though analysiv of force model of main Oearinye foc RV reduces,b can0a kdowd that:be contact anyla should0a34°~50°to ensure sufficient radial,axial any moment capacity；procese desiad should focee on controlliny imee ay ontaa riny froove position,matiny surface deviaUon(0.1mm),assembly heighi dispea-sioo,ete.,any iha controi standaI■ds for riny width deviaXon,difference,an height,ete.can0e relaxen;when the Oearinys are i nstallen,the thichdess of washer on side of RV anucer can0e adjusten tu ensure itu paper lifinity.
Key wordt:roVino Oeariny;renucer;anyular01x1:Oali Oeariny;Uesivd；appdcahon
RV减速器广泛应用于机器人行业，具有轴向
尺寸小，结构紧凑，速比灵活，运转精度高且使用
时间长等特性，是在摆线行星减速机构形式上建
立的二级封闭传动机构⑴。
上我国在该领域的研究起步较晚，造成国内在该
领域与国外差距较大。以其内部使用的关键部件
主轴承（角接触球轴承）为例，国外厂商采用的均
制作交通工具
为非标设计，但关于该非标轴承的设计原理及使
用方法鲜有报道。鉴于此，基于RV减速器的实际
使用工况，介绍主轴承的设计和应用。
1主轴承受力分析
RV减速器结构如图1所示，在使用过程中有行星架输出（固定减速器外壳）和外壳输出（固定行星架）2种动力输出方式。主轴承位于减速器外壳与行星架之间，受到减速器外壳与行星架之间的相互作用力，包括轴向力、径向力及倾覆力矩。
收稿日期：202。-02-02；修回日期：2020-08-191—外壳;2—主轴承B；3—垫片B；4—螺栓;5—行星架B；6—圆锥滚子轴承B；7—曲柄轴;8—保持架组件B；9—摆线轮B；1—摆线轮A；ll—保持架组件A；12—圆锥滚子轴承A；13—行星架A; 14—垫片A；15—主轴承A
图1RV减速器结构图
F iv.1Structure diaaram of RV renucae
重载工业机器人RV减速器分布示意图如图2所示，共装有2台RV减速器。负载（也称持重）
测试与应用王超俊，等•机器人RV减速器主轴承的设计及应用•23•
是工业机器人的一项重要指标，工业机器人在工作过程中工位不断变化，故作用于机器人手腕末端的负载对于1#,2#,3#RV减速器既可能是轴向力，也可能是径向力；对于4#,5#R V减速器，在使用过程中主要受径向力；对于6#RV减速器，不仅受到外部作用力，还要承受机械手臂的重力，其受力主要为轴向力和倾覆力矩，对于该位置减速器，必须能够承受尽可能大的轴向力，且具有良好的抗倾覆力矩能力。
图2RV减速器分布示意图
F iv，2DistdVuhon diaaram of RV renucae
核反应堆的慢化剂RV减速器主轴承受力如图3所示⑵，载荷位于减速器外部，无论减速器在图2中何位置，外载荷F1，将形成施加在主轴承上的倾覆力矩陆。在外载荷下作用下
M]=cF1+eF2,(1)在减速器内部也会形成一个倾覆力矩M2,
M2二込A+bF e=M1,(2)式中:F a和斥分别为轴承A和轴承B所受的径向力卫#,，为作用力臂。
图3RV减速器主轴承受力示意图
F iv，3Force diaaram of main OeaAny for RV Aducer
由(1),(2)式可以看出：轴承抗倾覆力矩性能不仅与其自身径向承载能力有关，也与其接触角所决定的受力作用点有关。
以RV100C采用的H76/182轴承为例进行说明，轴承主要结构参数见表1。
表1H72/182轴承主要结构参数
Tan.1Main stActuul parameters of H76/132OeaAny 参数数值参数数值内径d/mm122
保险箱密码锁外径D/mm214
球径D/mm10.319
内沟曲率半径心/mm2.372
外沟曲率半径A a/mm2.376
接触角a30。/44。
球数Z21参照图3，基于RomaxDesivder建立相应轴系模型，轴承中心距厶为H mm，施加外部倾覆力矩M]为1000N・m，采用不同接触角的H76/122轴承进行仿真分析，轴承承载能力及径向变形量计算结果见表2。
表2不同接触角H72/122轴承的承载能力及径向变形Tan.2Loan capacity and rani a d deformation of H72/122 OeaAnys with differeni contact angles
参数
接触角
30。40。
额定动载荷C/4N49.。43.4
额定静载荷C0/4N73.464.5
力作用点距离L mn/mm214226
径向变形量/pim27.4323.75
轴向刚度"(kN•mm-1)2301117
由表2可知：接触角增大，额定载荷减小，但由于该轴承背对背安装，接触角增大时，两轴承受力支承点间距也增加；轴承径向变形量由27.43 ^m减小为23.05^m，说明增大接触角能够提升整个减速器轴系抗倾覆力矩能力；同时，接触角增大能有效提升整个减速器轴向刚度，适用于受轴向载荷较大的减速器，尤其是图2中6#减速器。
故对于RV减速器主轴承，需综合考虑其受力特点，在保证其具有足够径向承载能力的同时，要提升其轴向承载能力及抗倾覆力矩能力。这也验证了RV减速器技术指标中力矩刚性的说明。
2主轴承结构及精度控制
RV减速器主轴承结构设计时，必须在满足轴承承载能力的前提下，充分考虑减速器系统的结构特点，进而确定主轴承尺寸及精度控制方向。2.1接触角
通过上文分析可知，主轴承接触角显著影响减速器系统的承载能力及结构刚性，通常情况下，采用40。接触角即可满足上述性能需求。但减速器性能需求根据其在工业机器人中所处位置不同而有所侧重，图2中6#减速器对轴向承载能力及抗倾覆力矩能力要求较高，该位置主轴承应选用
•54-《轴承》2020年第3期测试与应用
更大接触角。分析国外减速器发现各减速器中轴承接触角也并非固定值，通常在30°〜50。之间，接触角应根据其所处位置决定。
2.2外圈宽度
国外RV减速器用主轴承通常采用内、外圈宽度不等的结构，可以使轴承及减速器轻量化。减速器主轴承虽然也是配对使用，但对配对结果影响最大的是轴承装配高。轴承外圈非基面不与任何部位接触，真正起作用的是图4中厶2部分，即轴承外圈沟位置。
A儿l3
L
图4RV减速器主轴承安装结构示意图
Fc.4Dianram oO installatioo structure rf maic bearinp foe RV reeucae
因此，除轴承外圈沟道直径、沟位置重点控制外，只需控制轴承配合面平面度即可，对于外圈宽度偏差、平行差，均可放宽控制标准。
2.3外圈基面挡边高
对于常规轴承，外圈基面挡边高应保证轴承在允许的外力作用下接触椭圆长轴不超出挡边边缘。而对
于RV减速器主轴承，外圈挡边实际高度远超上述需求，这是由于该挡边需要对图0针齿的轴向位移进行限制。在某些RV减速器中，外圈挡边还需对摆线轮的轴向位移进行限制。外圈基面挡边高的确定需要考虑针齿及摆线轮在RV减速器外壳中的实际位置。
2.4内圈参数
与外圈相同，需严控沟道参数和基面平面度，挡边高度仅需保证其在允许的外力作用下接触椭圆长轴不超出挡边边缘。此外，内圈宽度明显大于外圈，且在轴承预紧后，内圈非基面通常高于外圈基面，即凸出量为正，采用该设计方案可以适当限定摆线轮轴向位移，避免轴承外圈由于挡边高度不足而在运转过程中与摆线轮干涉。
2.5凸出量
对于标准角接触球轴承，凸出量是轴承能否组配使用的关键，但对于RV减速器主轴承，凸出量对轴承应用影响不大，仅对摆线轮轴向位移有一定的影响，其尺寸公差控制在0.1mm即可。2.6装配高
触指角接触球轴承若要发挥其高精度、高刚性等性能优势，需对其施加一定的预紧力J_5]，而装配高将极大影响轴承预紧状态，在生产过程中需精确控制。装配高影响参数众多，若将其严格控制在某一尺寸范围，会增加制造难度及生产成本。在生产过程中仅需控制每批轴承装配高散差即可，轴承预紧力可以通过选配垫片尺寸进行调节。
0主轴承应用
由图4可以看出轴承分布在行星架两侧，背对背安装，轴承预紧方式为定位预紧，可以得到整个减速器装配尺寸链如图5所示，图中：a为左侧轴承A装配高，厶为外壳挡肩宽，几为右侧轴承B装配高,2o为垫片理论厚度,2为行星架左右挡边之间的距离。
L
-儿
L厶|
4儿
L厶
图5RV减速器装配尺寸链
Fic，5Assembly dimevsiod chain of RV reeucae
在整个装配尺寸链中，为便于控制预紧力，调节右侧垫片厚度2最方便，可以此为整个装配链的闭环，
间接保证其尺寸并进行选配安装。装配高T a J b在整个装配链具有重要影响，其尺寸增加（减小）将导致2的减小（增加），由于已严格控制装配高散差，垫片厚度厶散差也相应得到了控制，选配难度降低。
在上述装配尺寸链中，轴承预紧通过垫片施加，垫片实际尺寸2应在2基础上加上2套轴承预紧后的轴向变形量，H76/102轴承预紧力与轴向位移的关系如图6所示。在实际应用中，可根据减速器整体设计目标确定预紧力，以保证整个系统具有合适的刚度。
4结束语
对RV减速器主轴承主要受载模型及结构特征进行分析可知：在主轴承设计时应重点考虑其主要设计参数及结构参数；在加工制造过程中应重点控制其关键工艺参数，在满足轴承主要性能
测试与应用王超俊，等•机器人RV 减速器主轴承的设计及应用・55・
Fig. 6 Relationship between preload and axial displacement
of H76/182 bearing
的同时，考虑其加工经济性；在轴承应用过程中，
应根据其受力情况、使用部位，合理选用配合尺
寸、预紧力等，以满足轴承使用性能。
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(编辑：张旭)
滚动轴承零件的材料与热处理是决定寿命、性能和可靠性的关键因素，我国轴承行业自“十五”开始，在全行 业开展了 “提高轴承寿命和可靠性”的共性技术攻关活动。无论是钢材质量的提升和新品种的研制，还是新的热处
理技术的开发和应用，均取得了明显的进步。在产品升级换代的今天，轴承用钢及热处理越来越受到企业的重视。
我国与国外发达国家相比，无论是材料的质量和钢种的数量还是热处理工艺及装备，尚存在一定的差距。为让轴承
及相关行业的工程技术人员了解近20年国内外轴承材料及热处理技术的进展情况，对近年来国内外有关研究成果和技术 文献进行了收集整理，从大量的资料中精心筛选出有代表性的技术文献，并对入选文献进行了重新校订和编辑。
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