摘要：RV減速器的行星齒輪要求內(nèi)花鍵齒和外漸開(kāi)線齒相位一致，采用精密定位的內(nèi)花鍵齒形定位錐度心軸，消除內(nèi)花鍵孔齒輪產(chǎn)生的幾何偏心，配合硬切削精拉內(nèi)花鍵齒，通過(guò)有效實(shí)用的檢驗(yàn)技術(shù)，可以確保行星齒輪的高精度及互換，通配使用，簡(jiǎn)化加工工藝，減少不良率。

關(guān)鍵詞：行星齒輪，內(nèi)花鍵齒形定位錐度心軸，幾何偏心，通配、互換

擺線針輪減速器最早是德國(guó)人勞倫茲勃朗提出的一種少齒行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，也被稱(chēng)為擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)。而RV傳動(dòng)是由傳統(tǒng)的擺線行星傳動(dòng)發(fā)展而來(lái)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長(zhǎng)、重量輕、傳動(dòng)比大，角度傳遞誤差小、振動(dòng)小，體積小的優(yōu)點(diǎn)。工業(yè)機(jī)器人通常要執(zhí)行重復(fù)的動(dòng)作，以完成相同的工序；為了保證工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行期間能夠可靠地完成工序任務(wù)以及工藝質(zhì)量，這對(duì)工業(yè)機(jī)器人的定位精度和重復(fù)定位精度要求特別的高，RV減速器滿足了機(jī)器人高精準(zhǔn)運(yùn)作的要求，是工業(yè)機(jī)器人所有核心零部件中最關(guān)鍵的部分。

一、RV減速器行星齒輪技術(shù)要求(零件圖、曲軸組立圖片，齒輪傳動(dòng)圖片)

RV減速器應(yīng)用差動(dòng)式行星傳動(dòng)原理，第一級(jí)為漸開(kāi)線圓柱齒輪行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，第二級(jí)為擺線針輪行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。行星齒輪和第二級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的曲柄軸通過(guò)花鍵齒連接。如圖1，三個(gè)行星齒輪為一組，聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，故行星齒輪內(nèi)花鍵齒和外齒需要比較準(zhǔn)確的相位位置要求，三個(gè)行星齒輪內(nèi)外齒相位位置要求一致。

例如擺線針輪精密傳動(dòng)減速器傳動(dòng)損失要求小于1arc·min（角分），設(shè)計(jì)精度取1/2，即0.5arc·min（角分）,則第一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)分配1/3.則傳動(dòng)損失應(yīng)小于10角秒，考慮到第一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)損失對(duì)輸出端的影響，是第二級(jí)傳動(dòng)i2分之一，即Δθ1/i2。

故第一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)角度損失最大值Δθ1=10″xi2(假設(shè)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(cè)隙允許ΔWk=d1/2*sinΔθ1=0.058mm。

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所示，ΔWk=0.058≈0.06mm，取0.06±0.02.

190BX-121為例：R2=30，R1=7.25，則P1=1/4*ΔWk=0.015mm，

行星齒輪內(nèi)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(nèi)花鍵的公法線尺寸公差需要控制在0.00375mm以內(nèi)，這幾乎是一個(gè)不可能達(dá)成的目標(biāo)。

二、行星齒輪的制造工藝

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

加工方法探討

采用成組加工方式，即3個(gè)行星齒輪一組，同時(shí)拉內(nèi)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）。

采用整體一體式的，加工完成以后，再分割加工，最后做標(biāo)記。采用單片成組式的，加工完成后，做標(biāo)記區(qū)分，二種方式可解決各組齒輪內(nèi)外齒相位一致的問(wèn)題。

圖3

行星齒輪采用單片加工方式必須考慮內(nèi)外齒相位一致，內(nèi)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(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1各種加式工方式對(duì)比

B)內(nèi)花鍵加工工藝

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

追加熱處理后精拉內(nèi)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(nèi)，采用熱后硬切削拉刀，拉刀材質(zhì)：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(nèi)花鍵齒公法線尺寸公差可控制在±0.01mm以內(nèi)，大大提高內(nèi)花鍵齒的精度，可達(dá)到IT7級(jí)以上，為后續(xù)精加工外齒打下基礎(chǔ)。

精密定位內(nèi)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(nèi)花鍵齒精拉工藝，其實(shí)并沒(méi)有解決行星齒輪內(nèi)花鍵齒精密定位加工外齒的問(wèn)題。由于內(nèi)花鍵齒公法線公差無(wú)法保證在0.00375mm以內(nèi)，一般控制在IT7級(jí)，為了確保行星齒輪的精度，且內(nèi)外齒的相位一致，通過(guò)專(zhuān)門(mén)的工裝設(shè)計(jì)來(lái)保證，是一條行之有效的途徑，采用“精密定位內(nèi)花鍵齒定位錐度芯軸加工”是一條有效的經(jīng)驗(yàn)，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(duì)應(yīng)齒輪標(biāo)記，保證相位一致；

3）結(jié)合自動(dòng)化生產(chǎn)，數(shù)控加工，精確導(dǎo)向，提高生產(chǎn)效率；

4）行星齒輪可通配，減小損失，降低成本；

5）行星輪內(nèi)花鍵，曲軸花鍵公差按經(jīng)濟(jì)公差I(lǐng)T7級(jí)制作，齒輪和曲軸花鍵采用過(guò)渡配合，曲軸前端花鍵磨出導(dǎo)向部，確保內(nèi)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(cè)技術(shù)

行星齒輪漸開(kāi)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(cè)量中心可以測(cè)量，公法線長(zhǎng)度Wk用公法線千分尺測(cè)量。

內(nèi)花鍵采用拉刀拉削成形，需測(cè)量?jī)?nèi)花鍵齒的公法線長(zhǎng)度Wk或跨棒距M值，及內(nèi)花鍵齒和外漸開(kāi)線齒的相位位置，因?yàn)閮?nèi)花鍵齒采用小模數(shù)模數(shù)m≤1.5，一般大徑小于φ30，使用常用測(cè)量器具難以測(cè)量。

漸開(kāi)線內(nèi)花鍵通常使用花鍵通止規(guī)檢測(cè)，只做簡(jiǎn)單的判定Go或NoGo，但不能測(cè)定花鍵齒的實(shí)際尺寸。

基于RV減速器行星齒輪的特殊要求，哈爾濱智達(dá)測(cè)控開(kāi)發(fā)了Z系列全數(shù)字3D測(cè)頭及測(cè)頭管理系統(tǒng)的齒輪測(cè)量中心，配備專(zhuān)門(mén)測(cè)量軟件，可以測(cè)量RV減速器行星齒輪的各個(gè)要素，外部漸開(kāi)線齒輪的精度：Fp，F(xiàn)α，F(xiàn)β，F(xiàn)r等，內(nèi)花鍵齒的M值，齒距累積偏差Fp，內(nèi)外齒的相位位置等，滿足RV減速器行星齒輪的測(cè)量要求。

結(jié)語(yǔ)：

RV減速器行星齒輪加工制造采用精密定位內(nèi)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(chǎn)效率，減小損失，降低成本。

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

熱處理后精拉內(nèi)花鍵，精刮外漸開(kāi)線齒，可消除熱處理變形，提高產(chǎn)品精度。