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RV减速器行星齿轮制造及检验技术探讨

发布时间:2019-12-22 22:40:00 点击:

    泰兴减速机专业生产厂家泰强减速机2019年12月22日讯  RV减速器的行星齿轮要求内花键齿和外渐开线齿相位一致,采用精密定位的内花键齿形定位锥度心轴,消除内花键孔齿轮产生的几何偏心,配合硬切削精拉内花键齿,通过有效实用的检验技术,可以确保行星齿轮的高精度及互换,通配使用,简化加工工艺,减少不良率。



    摆线针轮减速器最早是德国人劳伦兹勃朗提出的一种少齿行星传动机构,也被称为摆线针轮行星齿轮传动。而RV传动是由传统的摆线行星传动发展而来,具有结构紧凑、寿命长、重量轻、传动比大,角度传递误差小、振动小,体积小的优点。工业机器人通常要实行重复的动作,以完成相同的工序;为了保证工业机器人在运行期间能够可靠地完成工序任务以及工艺质量,这对工业机器人的定位精度和重复定位精度要求特别的高,RV减速器满足了机器人高精准运作的要求,是工业机器人所有核心零部件中最关键的部分。


    一 、RV减速器行星齿轮技术要求(零件图、曲轴组立图片,齿轮传动图片)


    RV减速器应用差动式行星传动原理,第一级为渐开线圆柱齿轮行星传动机构,第二级为摆线针轮行星传动机构。行星齿轮和第二级传动机构中的曲柄轴通过花键齿连接。如图1,三个行星齿轮为一组,联动运动,故行星齿轮内花键齿和外齿需要比较准确的相位位置要求,三个行星齿轮内外齿相位位置要求一致。

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    图1 行星齿轮机构

    例如摆线针轮精密传动减速器传动损失要求小于1arc·min(角分),设计精度取1/2,即0.5arc·min(角分),则第一级行星齿轮传动分配1/3.则传动损失应小于10角秒,考虑到第一级行星齿轮传动损失对输出端的影响,是第二级传动 i2分之一,即Δθ1/ i2。

    故第一级行星齿轮传动角度损失最大值Δθ1

    =10″x i2(假设i2=40)

    =400″(角秒)

    =0.111°(角度)

    取行星齿轮分度圆直径d1=60mm

    则齿厚侧隙允许。

    一般输入轴安装同心度,要求小于0.03mm,行星齿轮和输入齿轮齿厚公差各取0.02mm。

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    图2 齿轮侧隙

    图2所示,ΔWk=0.058≈0.06mm,取0.06±0.02.

    1 9 0 B X - 1 2 1 为例:R2= 3 0 , R1= 7 . 2 5 , 则P1=1/4*ΔWk=0.015mm,行星齿轮内花键齿和外齿相位偏角α:

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

    则P2=1/4*P1=0.00375mm

    所以内花键的公法线尺寸公差需要控制在0.00375mm以内,这几乎是一个不可能达成的目标。


    二、行星齿轮的制造工艺


    每组行星齿轮间内花键齿和外齿相位偏角要求小于0.028°,渐开线外齿精度取7级(GB/T10095- 2008),内花键齿公法线公差小于0.00375mm,这样对行星齿轮加工提出了难题,常规加工工艺已无法满足要求,采用经济公差带7级(IT7)利于批量生产,十分有必要,采用内花键齿零间隙定位方式及成组加工方式是考虑的二个方向,所以减速器行星齿轮加工需解决行星齿轮内花键齿定位问题及内外齿相位一致的定位问题。

    (A)加工方法探讨

    采用成组加工方式,即3个行星齿轮一组,同时拉内花键,粗滚外齿,渗碳淬火,精滚外齿,组合方式一般采用整体一体式和单片成组式(图3)。

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    图3

    采用整体一体式的,加工完成以后,再分割加工,最后做标记。采用单片成组式的,加工完成后,做标记区分,二种方式可解决各组齿轮内外齿相位一致的问题。

    行星齿轮采用单片加工方式必须考虑内外齿相位一致,内花键齿零间隙定芯的工装,要求工装装夹一致性好,定位、定芯可靠,工装制作有难度,精度要求高。

    各种加工方式优缺点对比见表1。

    泰兴减速机,减速机,泰兴减速机厂,威利斯人官网登录表1 各种加式工方式对比

    (B)内花键加工工艺

    行星齿轮一般采用渐开线花键形式,齿轮材料采用低碳合金钢。如20CrMo,20CrMnTi等,内花键采用拉刀拉削成形,对齿轮粗滚加工后,一般需要进行渗碳淬火处理,热处理后齿轮会有变形发生,以190BX- 121行星齿轮为例,渗碳淬火后,内花键变形程度在0.02mm左右,内孔、齿形、齿面均变形0.02mm左右,所以要保证内花键齿公法线尺寸变化在0.00375mm以内,几乎没有可能,热处理变形,拉刀磨损,工装误差等累积误差远远大于0.00375mm,也大于IT7级的公差。

    追加热处理后精拉内花键工艺十分有必要,行星齿轮渗碳淬火后,磨削二平面,平面度在0.01mm以内,采用热后硬切削拉刀,拉刀材质:粉未高速钢+TiN涂层,拉床用Nachi,Sanyo等厂家的热后精拉床,行星齿轮热处理后硬度控制在HRC45- 51,精拉后,内花键齿公法线尺寸公差可控制在±0.01mm以内,大大提高内花键齿的精度,可达到IT7级以上,为后续精加工外齿打下基础。

    (C)精密定位内花键齿形定位锥度芯轴加工工艺

    前面提到的成组组合加工方式,和内花键齿精拉工艺,其实并没有解决行星齿轮内花键齿精密定位加工外齿的问题。由于内花键齿公法线公差无法保证在0.00375mm以内,一般控制在IT7级,为了确保行星齿轮的精度,且内外齿的相位一致,通过专门的工装设计来保证,是一条行之有效的途径,采用“精密定位内花键齿定位锥度芯轴加工”是一条有效的经验,如图4所示:

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    图4

    (1)锥度芯轴消除定心误差;

    (2)芯轴精密定位,对应齿轮标记,保证相位一致;

    (3)结合自动化生产,数控加工,精确导向,提高生产效率;

    (4)行星齿轮可通配,减小损失,降低成本;

    (5)行星轮内花键,曲轴花键公差按经济公差IT7级制作,齿轮和曲轴花键采用过渡配合,曲轴前端花键磨出导向部,确保内外花键精密配合(图5)。

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    图 5 曲轴和行星齿轮装配


    三、行星齿轮检测技术


    行星齿轮渐开线外齿轮精度;齿形Fa、齿向Fβ、齿跳Fr、齿距累积误差Fp,fpt等,行星齿轮装入锥度芯轴,使用齿轮测量中心可以测量,公法线长度Wk用公法线千分尺测量。内花键采用拉刀拉削成形,需测量内花键齿的公法线长度Wk或跨棒距M值,及内花键齿和外渐开线齿的相位位置,因为内花键齿采用小模数模数m≤1.5,一般大径小于φ30,使用常用测量器具难以测量。

    渐开线内花键通常使用花键通止规检测,只做简单的判定Go或No Go,但不能测定花键齿的实际尺寸。

    基于RV减速器行星齿轮的特殊要求,哈尔滨智达测控开发了Z系列全数字3D测头及测头管理系统的齿轮测量中心,配备专门测量App,可以测量RV减速器行星齿轮的各个要素,外部渐开线齿轮的精度:Fp,Fα,Fβ,Fr等,内花键齿的M值,齿距累积偏差Fp,内外齿的相位位置等,满足RV减速器行星齿轮的测量要求。


    结语


    RV减速器行星齿轮加工制造采用精密定位内花键齿形定位锥度芯轴,可以消除定心误差,保证相位一致,提高生产效率,减小损失,降低成本。

    单片加工方式可以提高产品互通互换性,并且可以达到较高的加工精度。

    热处理后精拉内花键,精刮外渐开线齿,可消除热处理变形,提高产品精度。
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