CN112343998A - Rv减速机圆锥轴承组件预紧量选配方法及系统和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种RV减速机圆锥轴承组件预紧量选配方法及选配系统和存储介质，选配包括：获取RV减速机圆锥轴承预紧量G_a；获取由压配合引起的内圈直径增加量△_s；获取由压配合引起的外圈直径缩小量△_h；获取径向游隙增加量u_e，以及径向游隙增加量u_i；获取由于轴承内圈与曲柄轴配合、外圈与行星架配合、轴承温升引起的圆锥轴承径向游隙减小量；得到径向游隙减小量ΔPr；得到RV减速机考虑配合与温升的圆锥轴承预紧量G′_a。与现有技术相比，本发明充分考虑轴承内外圈与曲柄轴、行星架配合以及轴承温升因素对RV减速机圆锥轴承组件预紧量的影响，使得轴承预紧量控制在了一个合理范围，能够完成RV减速机圆锥轴承组件全自动化选配。

Description

RV减速机圆锥轴承组件预紧量选配方法及系统和存储介质

技术领域

本发明涉及RV减速机领域，尤其是涉及一种RV减速机圆锥轴承组件预紧量选配方法及选配系统和存储介质。

背景技术

RV减速机是工业机器人的核心部件之一，是实现高精度的工业机器人的重要保证，圆锥滚子轴承是RV减速机的核心零部件之一，圆锥滚子轴承配对使用，使用时需施加一定的预紧力，以使滚动体和内外圈滚道产生弹性变形，并使接触面积增大，参与承载的滚动体个数增多，提高轴承的承载能力和刚性，轴承预紧量需要控制在一个合理范围，预紧量太小不能有效提高轴承的承载能力和刚性，预紧量过大会增大滚动体与内外滚道之间的接触应力导致轴承寿命降低。

减速机的选配过程中，靠选配手感来估计轴承预紧量是不可控的，需对预紧量进行量化，选配出与减速机匹配的最佳轴承预紧。如不考虑轴承内外圈与曲柄轴、行星架之间的配合关系，以及轴承温升的影响，很容易发生由预紧不当引起的减速机性能降低，不利于实现工业机器人的高精度性能。

因此，如何基于轴承内外圈与曲柄轴、行星架配合以及轴承温升因素，进行RV减速机圆锥轴承组件预紧量的计算选配尤为重要。

CN206368943U公开了一种用于工业机器人的高精度减速机，包括针齿外壳、圆锥滚子轴承、第二凸轮、角接触轴承和第二行星架，通过输入轴带动两个大齿轮转动形成第一个减速机构，然后大齿轮带动两个曲轴转动形成第二个减速机构，结构合理，功能使用全面。但该技术方案并未给出基于上述因素下的RV减速机圆锥轴承组件预紧量的计算选配。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种RV减速机圆锥轴承组件预紧量选配方法及选配系统和存储介质，充分考虑轴承内外圈与曲柄轴、行星架配合以及轴承温升因素对RV减速机圆锥轴承组件预紧量的影响，使得轴承预紧量控制在了一个合理范围，能够完成RV减速机圆锥轴承组件全自动化选配。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明中RV减速机圆锥轴承组件预紧量选配方法，包括以下步骤：

获取RV减速机圆锥轴承预紧量G_a；

获取RV减速机圆锥滚子轴承内圈过盈安装在曲柄轴上时，由压配合引起的内圈直径增加量△_s；

获取RV减速机圆锥滚子轴承外圈过盈安装在行星架孔内时，由压配合引起的外圈直径缩小量△_h；

获取RV减速机由于圆锥轴承外圈温度升高热膨胀引起径向游隙增加量u_e，以及由于圆锥轴承内圈温度升高热膨胀引起径向游隙增加量u_i；

获取由于轴承内圈与曲柄轴配合、外圈与行星架配合、轴承温升引起的圆锥轴承径向游隙减小量ΔP_r＝Δ_s+Δ_h+u_i-u_e；

根据径向游隙与轴向游隙的关系得到径向游隙减小量ΔPr；

得到RV减速机考虑配合与温升的圆锥轴承预紧量G′_a＝H₂+H₃+H₄+H₅+H₆+H₇-H₁+ΔP_a，根据预紧量G′_a完成RV减速机圆锥轴承组件的选配。

进一步地，所述RV减速机圆锥轴承预紧量G_a的获取过程为：

G_a＝H₂+H₃+H₄+H₅+H₆+H₇-H₁；

其中H₁为行星架装圆锥轴承卡槽宽度，H₂、H₃为两个圆锥轴承安装高，H₄、H₅为两个垫片厚度，H₆为卡簧厚度，H₇为曲柄轴偏心段总宽度。

进一步地，所述由压配合引起的内圈直径增加量△_s的获取过程为：

其中，I_i为内圈与曲柄轴过盈量，D_i为轴承内圈内滚道直径，D_s为轴承内径，D₁为曲柄轴内径，ξ_b、ξ_s分别为轴承内圈和曲柄轴泊松比，E_b、E_s分别为轴承内圈和曲柄轴弹性模量。

进一步地，所述由压配合引起的外圈直径缩小量△_h的获取过程为：

其中，I_e为外圈与行星架孔的过盈量，D_e为轴承外圈滚道直径，D_h为轴承外圈外径，D₂为轴承座外径，对行星架取圆锥孔轴向最小完整圆直径，ξ_b、ξ_h分别为轴承外圈和行星架泊松比，E_b、E_h分别为轴承外圈和行星架弹性模量。

进一步地，所述由于圆锥轴承外圈温度升高热膨胀引起径向游隙增加量获取过程为：

u_e＝Γ_eπD_e(T_e-T_a)

其中，T_e-T_a为外圈温度升高量，Γ_e为轴承外圈线性膨胀系数。

进一步地，所述由于圆锥轴承内圈温度升高热膨胀引起径向游隙增加量u_i的获取过程为：

u_i＝Γ_iπD_i(T_i-T_a)

其中，D_i为轴承内圈滚道直径，Γ_i为轴承内圈线性膨胀系数。

进一步地，所述根据径向游隙与轴向游隙的关系得到径向游隙减小量ΔPr的过程为：

通过圆锥滚子轴承接触角α的正切值得到径向游隙减小量ΔPr，即：

ΔP_a＝ΔP_r/tanα。

本发明中RV减速机圆锥轴承组件预紧量选配系统，包括：

零件仓储机构，按照编号储放RV减速机圆锥轴承组件中的各个零件；

数据储存机构，存储RV减速机圆锥轴承组件中的各个零件的参数数据和储放位置信息；

人机交互显示界面，与所述数据储存机构电连接；

选配计算机构；

选配执行机构，将选配计算机构选出的零件完成组装，得到RV减速机圆锥轴承组件。

进一步地，所述选配计算机构与所述数据储存机构和所述人机交互显示界面电连接，按照上述的RV减速机主轴承预紧量选配方法选出RV减速机圆锥轴承组件中的一个或多个零件。

本发明中包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于上述的RV减速机主轴承预紧量选配方法。

与现有技术相比，本发明中技术方案充分考虑轴承内外圈与曲柄轴、行星架配合以及轴承温升因素对RV减速机圆锥轴承组件预紧量的影响，使得轴承预紧量控制在了一个合理范围，有利于完成RV减速机圆锥轴承组件全自动化选配，能够通过工业机器人的自动化的选配及选配，有效提高了轴承的承载能力和刚性，降低了滚动体与内外滚道之间的接触应力，使得RV减速机圆锥轴承寿命提升。

附图说明

图1为实施例中外圈温升对轴承预紧量影响的计算输入参数图；

图2为实施例中内圈温升对轴承预紧量影响的计算输入参数图；

图3为实施例中内圈与曲柄轴配合对轴承预紧量影响的计算输入参数图；

图4为实施例中外圈与行星架配合对轴承预紧量影响的计算输入参数图；

图5为实施例中圆锥轴承预紧量计算输入参数图；

图6为实施例中预紧量计算结果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

在本发明构思过程中，一对圆锥滚子轴承面对面安装在曲柄轴上，成对使用的圆锥滚子轴承在适当的预紧量下工作时才能保证轴承是使用寿命及减速机的启动力矩、传动精度等性能。行星架装圆锥轴承卡槽宽度H₁，两个圆锥轴承安装高H₂、H₃，垫片厚度H₄、H₅，卡簧厚度H₆，曲柄轴偏心段总宽度为H₇，圆锥轴承预紧量G_a＝H₂+H₃+H₄+H₅+H₆+H₇-H₁，计算机软件输入界面如图5所示。

在本发明构思过程中，圆锥滚子轴承过盈安装在曲柄轴上，可以防止由于轴承内径和轴外径之间相对运动而产生微动磨损，过盈配合会影响轴承径向游隙，轴承在运转中摩擦产生的热量将导致轴承内部温度升高，轴承、曲柄轴和轴承座(即行星架)发生膨胀，因此温度条件也会影响轴承的径向游隙。温度变化导致游隙可能增大也可能减小，取决于曲柄轴和行星架的材料以及轴承和轴承支撑部件之间的温度梯度。

在本发明构思过程中，圆锥滚子轴承内圈过盈安装在曲柄轴上时，由压配合引起的内圈直径增加量为：

式中，I_i为内圈与曲柄轴过盈量，D_i为轴承内圈内滚道直径，D_s为轴承内径，D₁为曲柄轴内径，ξ_b、ξ_s分别为轴承内圈和曲柄轴泊松比，E_b、E_s分别为轴承内圈和曲柄轴弹性模量，在软件中输入内圈与曲柄轴相关尺寸及材料参数后，计算圆锥轴承预紧量时可考虑内圈与曲柄轴配合的影响，如图3所示。

在本发明构思过程中，圆锥滚子轴承外圈过盈安装在行星架孔内时，由压配合引起的外圈直径缩小量为：

式中，I_e为外圈与行星架孔的过盈量，D_e为轴承外圈滚道直径，D_h为轴承外圈外径，D₂为轴承座外径，对行星架取圆锥孔轴向最小完整圆直径，ξ_b、ξ_h分别为轴承外圈和行星架泊松比，E_b、E_h分别为轴承外圈和行星架弹性模量，在软件中输入外圈与行星架相关尺寸及材料参数后，计算圆锥轴承预紧量时可考虑外圈与行星架配合的影响，如图4所示。

在本发明构思过程中，通常轴承在常温T_a下压配合安装在曲柄轴和行星架孔内，减速机运行会产生热量使轴承温度升高至T_e，材料会产生线性膨胀。当外径为D_h，滚道直径为D_e的外圈温度升高T_e-T_a时，轴承外圈周边的膨胀量为u_e＝Γ_eπD_e(T_e-T_a)，其中Γ_e为外圈线性膨胀系数，计算圆锥预紧量时在图1中输入外圈温度参数、外圈尺寸及外圈材料线性膨胀系数后可计算外圈温升对轴预紧量的影响。

在本发明构思过程中，同样内径为D_s、滚道直径为D_i内圈温度从常温T_a升高至T_i时，也将产生类似的膨胀，膨胀量为u_i＝Γ_iπD_i(T_i-T_a)，其中Γ_i为内圈线性膨胀系数，计算圆锥预紧量时在图2中输入内圈温度参数、内圈尺寸及内圈材料线性膨胀系数后可计算内圈温升对轴预紧量的影响。

在本发明构思过程中，由于轴承内圈与曲柄轴配合、外圈与行星架配合、轴承温升引起的圆锥轴承径向游隙减小量ΔP_r＝Δ_s+Δ_h+u_i-u_e，根据径向游隙与轴向游隙的关系，ΔP_a＝ΔP_r/tanα，其中α为圆锥滚子轴承接触角。

在本发明构思过程中，考虑配合与温升的圆锥轴承预紧量为：G^′ _a＝H₂+H₃+H₄+H₅+H₆+H₇-H₁+ΔP_a，软件中综合考虑内外圈温升、内圈与曲柄轴配合、外圈与行星架配合影响的圆锥轴承组件预紧量计算如图6所示，可得圆锥轴承组件预紧量计算结果。

实施例1

本实施例中选用的减速机行星架装圆锥轴承卡槽宽度H₁＝52mm，两个圆锥轴承安装高H₂＝15.02mm、H₃＝15.03mm，垫片厚度H₄＝1mm、H₅＝1mm，卡簧厚度H₆＝1.5mm，曲柄轴偏心段总宽度为H₇＝18.5mm，在不考虑圆锥滚子轴承内外圈配合状态时，计算圆锥轴承预紧量为G_a＝H₂+H₃+H₄+H₅+H₆+H₇-H₁＝0.05mm。

减速机实际安装过程中，为减少轴承在工作过程套圈与选配体间的相对运动而产生微观磨损，通常内圈与曲柄轴间采用过盈配合，假设过盈量为0.01mm，内径15mm、外径35mm、接触角为12°的圆锥滚子轴承，内圈的安装在直径15.01mm的曲柄轴上，轴承内圈过盈导致内圈直径增大，增加量Δ_s＝0.0045mm，即圆锥轴承径向游隙减小，减小量为0.0045mm，轴向游隙减小量为0.021mm，则预紧量为0.05mm的圆锥滚子轴承选配后轴承预紧量改变，G′_a＝H₂+H₃+H₄+H₅+H₆+H₇-H₁+ΔP_a＝0.071mm。假设配圆锥轴承预紧量时不考虑轴承内圈与曲柄轴、外圈与行星架孔之间的配合，将导致轴承预紧量与实际安装后的预紧量有一定差距，轴承工作状态改变，影响减速机性能。

实施例2

若某型号减速机行星架装圆锥轴承卡槽宽度H₁＝52mm，两个圆锥轴承安装高H₂＝15.02mm、H₃＝15.03mm，垫片厚度H₄＝1mm、H₅＝1mm，卡簧厚度H₆＝1.5mm，曲柄轴偏心段总宽度为H₇＝18.5mm，在不考虑圆锥滚子轴承内外圈配合状态时，计算圆锥轴承预紧量为G_a＝H₂+H₃+H₄+H₅+H₆+H₇-H₁＝0.05mm。

减速机实际安装过程中，为减少轴承在工作过程套圈与选配体间的相对运动而产生微观磨损。假设内径15mm、外径35mm、接触角为12°的圆锥滚子轴承，内圈的安装在直径15.01mm的曲柄轴上，轴承内圈过盈导致内圈直径增大，增加量Δ_s＝0.0045mm，即圆锥轴承径向游隙减小，减小量为0.0045mm，轴向游隙减小量为0.021mm。轴承外圈安装在行星架孔径为34.996mm的孔内，行星架与外圈压配合引起的外圈直径缩小，缩小量Δ_h＝0.0024mm，即圆锥轴承径向游隙减小，减小量为0.0024mm，轴向游隙减小量为0.011mm。则预紧量为0.04mm的圆锥滚子轴承选配后轴承预紧量改变，G_a′a＝H₂+H₃+H₄+H₅+H₆+H₇-H₁+ΔP_a＝0.082mm，轴承不考虑配合时预紧量0.05mm，考虑配合后预紧量增大到0.082mm，与最初预想的预紧量相差甚远，轴承工作状态改变，影响减速机性能。

实施例3

若某型号减速机行星架装圆锥轴承卡槽宽度H₁＝52mm，两个圆锥轴承安装高H₂＝15.02mm、H₃＝15.03mm，垫片厚度H₄＝1mm、H₅＝1mm，卡簧厚度H₆＝1.5mm，曲柄轴偏心段总宽度为H₇＝18.5mm，在不考虑圆锥滚子轴承内外圈配合状态时，计算圆锥轴承预紧量为G_a＝H₂+H₃+H₄+H₅+H₆+H₇-H₁＝0.05mm。

减速机实际安装过程中，为减少轴承在工作过程套圈与选配体间的相对运动而产生微观磨损。假设内径15mm、外径35mm、接触角为12°的圆锥滚子轴承，内圈的安装在直径15.01mm的曲柄轴上，轴承内圈过盈导致内圈直径增大，增加量Δ_s＝0.0045mm，即圆锥轴承径向游隙减小，减小量为0.0045mm，轴向游隙减小量为0.021mm。轴承外圈安装在行星架孔径为34.996mm的孔内，行星架与外圈压配合引起的外圈直径缩小，缩小量Δ_h＝0.0024mm，即圆锥轴承径向游隙减小，减小量为0.0024mm，轴向游隙减小量为0.011mm。减速机在常温25℃下安装，工作过程运转发热，轴承温度升高，假设内圈温度升高到35℃、外圈温度升高到55℃，则由于外圈温度升高热膨胀引起径向游隙增加量为u_e＝0.0035mm，内圈温度升高热膨胀引起径向游隙减小量为u_i＝0.007mm，则内外圈温度变化引起轴承径向游隙减小量为0.0035mm，轴向游隙减小量为0.016mm。则预紧量为0.04mm的圆锥滚子轴承考虑轴承内圈与曲柄轴配合、外圈与行星架孔配合及轴承内外圈温升后，轴承预紧量为G′_a＝H₂+H₃+H₄+H₅+H₆+H₇-H₁+ΔP_a＝0.099mm，轴承不考虑配合时预紧量0.05mm，考虑配合及温升后预紧量增大到0.099mm，与最初预想的预紧量相差甚远，轴承工作状态改变，影响减速机性能。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种RV减速机圆锥轴承组件预紧量选配方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取RV减速机圆锥轴承预紧量G_a；

获取RV减速机圆锥滚子轴承内圈过盈安装在曲柄轴上时，由压配合引起的内圈直径增加量Δ_s；

获取RV减速机圆锥滚子轴承外圈过盈安装在行星架孔内时，由压配合引起的外圈直径缩小量Δ_h；

获取RV减速机由于圆锥轴承外圈温度升高热膨胀引起径向游隙增加量u_e，以及由于圆锥轴承内圈温度升高热膨胀引起径向游隙增加量u_i；

获取由于轴承内圈与曲柄轴配合、外圈与行星架配合、轴承温升引起的圆锥轴承径向游隙减小量ΔP_r＝Δ_s+Δ_h+u_i-u_e；

根据径向游隙与轴向游隙的关系得到径向游隙减小量ΔPr；

得到RV减速机考虑配合与温升的圆锥轴承预紧量G′_a＝H₂+H₃+H₄+H₅+H₆+H₇-H₁+ΔP_a，根据预紧量G′_a完成RV减速机圆锥轴承组件的选配。

2.根据权利要求1所述的一种RV减速机圆锥轴承组件预紧量选配方法，其特征在于，所述RV减速机圆锥轴承预紧量G_a的获取过程为：

G_a＝H₂+H₃+H₄+H₅+H₆+H₇-H₁；

其中H₁为行星架装圆锥轴承卡槽宽度，H₂、H₃为两个圆锥轴承安装高，H₄、H₅为两个垫片厚度，H₆为卡簧厚度，H₇为曲柄轴偏心段总宽度。

3.根据权利要求1所述的一种RV减速机圆锥轴承组件预紧量选配方法，其特征在于，所述由压配合引起的内圈直径增加量Δ_s的获取过程为：

其中，I_i为内圈与曲柄轴过盈量，D_i为轴承内圈内滚道直径，D_s为轴承内径，D₁为曲柄轴内径，ξ_b、ξ_s分别为轴承内圈和曲柄轴泊松比，E_b、E_s分别为轴承内圈和曲柄轴弹性模量。

4.根据权利要求1所述的一种RV减速机圆锥轴承组件预紧量选配方法，其特征在于，所述由压配合引起的外圈直径缩小量Δ_h的获取过程为：

其中，I_e为外圈与行星架孔的过盈量，D_e为轴承外圈滚道直径，D_h为轴承外圈外径，D₂为轴承座外径，对行星架取圆锥孔轴向最小完整圆直径，ξ_b、ξ_h分别为轴承外圈和行星架泊松比，E_b、E_h分别为轴承外圈和行星架弹性模量。

5.根据权利要求4所述的一种RV减速机圆锥轴承组件预紧量选配方法，其特征在于，所述由于圆锥轴承外圈温度升高热膨胀引起径向游隙增加量获取过程为：

u_e＝Γ_eπD_e(T_e-T_a)

其中，T_e-T_a为外圈温度升高量，Γ_e为轴承外圈线性膨胀系数。

6.根据权利要求5所述的一种RV减速机圆锥轴承组件预紧量选配方法，其特征在于，所述由于圆锥轴承内圈温度升高热膨胀引起径向游隙增加量u_i的获取过程为：

u_i＝Γ_iπD_i(T_i-T_a)

其中，D_i为轴承内圈滚道直径，Γ_i为轴承内圈线性膨胀系数。

7.根据权利要求5所述的一种RV减速机圆锥轴承组件预紧量选配方法，其特征在于，所述根据径向游隙与轴向游隙的关系得到径向游隙减小量ΔPr的过程为：

通过圆锥滚子轴承接触角α的正切值得到径向游隙减小量ΔPr，即：

ΔP_a＝ΔP_r/tanα。

8.一种RV减速机圆锥轴承组件预紧量选配系统，其特征在于，包括：

零件仓储机构，按照编号储放RV减速机圆锥轴承组件中的各个零件；

数据储存机构，存储RV减速机圆锥轴承组件中的各个零件的参数数据和储放位置信息；

人机交互显示界面，与所述数据储存机构电连接；

选配计算机构；

选配执行机构，将选配计算机构选出的零件完成组装，得到RV减速机圆锥轴承组件。

9.根据权利要求8所述的一种RV减速机圆锥轴承组件预紧量选配系统，其特征在于，所述选配计算机构与所述数据储存机构和所述人机交互显示界面电连接，按照权利要求1～7中任一项所述的RV减速机圆锥轴承组件预紧量选配方法选出RV减速机圆锥轴承组件中的一个或多个零件。

10.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求1～7中任一项所述的RV减速机圆锥轴承组件预紧量选配方法。

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