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你對工業機器人血液, 減速機潤滑油品知多少?

我國機器人市場已經進入高速增長期。自2013年中國成為全球第一大

工業機器人

應用市場以來,連續5年穩居第一把交椅,2017年我國工業機器人產量超過12萬臺,約佔全球市場的1/3。

目前,中國的製造業正邁入“智慧製造”時代,工業機器人作為“中國製造2025”規劃的十大重點領域之一,更是受到了政府和產業界的高度重視。同時,工業機器人也是資金密集、技術密集和人才密集的行業。其三大核心關鍵部件伺服系統、精密減速機和控制器的技術隨著機器人技術的進步及創新應用在不斷進步(之前,MM現代工業機器人的微信公眾號推出了“工業機器人關鍵核心部件市場及國產替代分析”三連彈,受到業界的廣泛關注。工業機器人伺服電機市場及國產替代分析;工業機器人精密減速機市場機遇巨大,國產替代在加速進行;工業機器人控制器市場現狀及國產替代分析)。

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這三大關鍵核心部件中,精密減速機被公認是工業機器人中技術壁壘最高的部件,又稱“機器人的關節”,其成本約佔機器人整體成本的1/3。它的主要作用是用來精確控制機器人的操作精度,起到把電動機、內燃機等高速運轉動力透過齒輪來減速並傳遞更大轉矩的目的,其效能的好壞直接影響工業機器人的效能。其重要性不言而喻。一般情況下,一臺通用機器人需要的減速機個數為4~8套。目前應用於工業機器人領域的減速機主要有兩種,一種是RV減速機,另一種是諧波減速機。

目前,大約有80%的零件損壞是由於摩擦和磨損引起。當然,可以透過合理地選擇摩擦副配對材料等材料學方法達到減小磨損,而潤滑油具有冷卻、沖洗、保護、密封、防鏽、卸荷、減震、對新增劑起載體及起結構材料等作用,因而採用合理潤滑不失為減摩的一種有效方法。對於工業機器人減速機而言,機械摩擦離不開潤滑,合適的潤滑產品會使機械獲得充分的潤滑和保護,延長機械壽命,提高工作效率和機械穩定性,防止磨損、劃痕、點蝕、發熱等帶來的維護成本。

對於採用潤滑油作為潤滑介質的減速機來說,由於柔輪和鋼輪高速齧合的過程中,齒面間相對滑動速度大,其配套潤滑油的作用在於減少齒輪摩擦副在傳動過程中產生的熱量,起到散熱作用,保證齒輪充分潤滑,減少摩擦,防止齒輪發生磨損甚至膠合,達到提高傳動效果和承載力的目的。而隨著工業機器人減速機趨於小型化、輕量化、高速化和過載化的發展趨勢,其工況條件勢必更加苛刻,對其配套用油提出了更高的效能要求。歸納起來,主要有以下幾點:

(1) 優異的黏溫效能和低溫效能,保證在減速機溫度變化時,能充分潤滑齒輪摩擦副,並能清潔齒面;

(2)更低的摩擦係數和牽引係數,良好的油性,帶來減速機傳動效率的提升和能耗的降低;

(3)優異的極壓抗磨性,提供優異的抗磨效能和承載能力,降低齒輪間的磨損;

(4)優良的防鏽防腐性,提供良好的防鏽保護,對銅等有色金屬部件無腐蝕;

(5)優良的氧化安定性和熱安定性,更長的油品使用壽命,滿足工業機器人減速機24000~48000小時的換油週期;

(6)優良的抗泡效能,抑制泡沫的產生並使泡沫迅速消失,保證工業機器人安全執行;

(7)優異的清淨效能和可生物降解性,抑制油泥沉積且不汙染環境。

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從以上配套用油的效能要求來看,傳統礦物油、合成烴油以及合成酯油通常8000~12000小時的換油週期與目前大部分型號工業機器人多軸減速機所要求的24000~48000小時的換油週期還有較大差距,工業機器人減速機配套用油多采用黏度指數大於180的進口產品,其效能中極低的摩擦係數和極低的油泥沉積等特色也是上述3種傳統潤滑油無法比擬的。因此,工業機器人配套用油的基礎油選型及配比,也成了開發此類產品的關鍵技術之一。

結構特點:體積小、重量輕、傳動比大、精度高、傳動平穩、效率高

應用領域:輕型工業機器人/機械臂、精密測量裝置、對體積有要求的精密傳動系統

零部件構成:諧波減速機潤滑要求

極壓抗磨性:諧波減速機需頻繁啟停且經常往復運動,易產生磨損,導致精度降低,所以要求潤滑脂必須具有優異的極壓抗磨效能。

熱穩定效能:工業機器人關節結構緊湊,散熱性較差,長時間連續工作造成關節部位溫度較高。要求潤滑脂具有良好的熱穩定性和氧化安定性。

長壽命:諧波減速機需要頻繁地啟動和在較小的空間裡進行往復運動,承受高速高負荷執行,由此要求油脂必須具備長壽命潤滑,不積碳、不變色,不分油。

降噪性:諧波減速機由於傳動齒輪的摩擦、振動以及碰撞會產生強烈的噪音,要求潤滑脂必須要有極強的油膜 厚度和附著力,有效降低噪音。

RV減速機原理:RV減速機一般用於低轉速大扭矩的傳動裝置,把電動機、內燃機或其它高速運轉動力透過減速機輸入軸上的齒數少的齒輪齧合輸出軸上的大齒輪來達到減速的目的。

結構特點:傳動比大、精度高、效率高、壽命長

應用領域:機械手、機床、裝配裝置、搬運裝置

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在工業機器人配套用油方面,值得一提的是,中國石油潤滑油公司近年來堅持在合成型頂級產品的架構和最佳化升級,緊跟國際先進水平的步伐。自2014年以來,就已著手工業機器人減速機配套用油的開發工作,目前已成功開發了KG/R150工業機器人專用油,產品具有優異的黏溫效能、極壓抗磨效能、極低的摩擦係數、良好的抗泡效能和氧化安定效能,其質量達到國外同類先進水平,併成功應用於國內某品牌汽車OEM製造商的工業機器人中。

工信部牽頭制訂的“機器人十三五規劃”指出,未來5~10年中國工業機器人行業將呈現高速發展態勢。到2020年,中國的工業機器人保有量約為80萬臺。按照每臺工業機器人用油需求量大約在25~30升,平均換油週期約為2年計,可推算出到2020年,機器人專用油需求量約5000噸。

從工業機器人減速機用油型別來看,聚亞烷基二醇合成型工業機器人用油由於具有更為優異的潤滑性和低牽引力,以及優異的低溫流動性,在苛刻的執行條件下,能夠改進減速機的效率,滿足機器人多軸減速機超長週期潤滑的要求,將逐漸取代礦物型和合成烴型機器人用油產品。

從工業機器人減速機用油效能要求來看,隨著工業機器人減速機趨於小型化、輕量化、高速化、過載化,其配套用油需要更為優異的極壓抗磨效能、抗泡效能、防鏽防腐效能、抑制油泥沉積以及更長的換油週期。

最後,低毒、可生物降解的工業機器人配套用油產品將是未來滿足環保法規不斷嚴格要求的必然趨勢。

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