Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Промышленные роботы ABB IRB и Yaskawa Motoman занимают ведущие позиции в автоматизации производственных процессов. Точность позиционирования, грузоподъёмность и ресурс работы этих манипуляторов напрямую определяются качеством ключевых механических компонентов -- подшипников осей и редукторов. В данной статье подробно рассмотрена конструкция подшипниковых узлов и редукторных механизмов роботов ABB IRB серий 1200, 2600, 4600, 6700, 7600, а также Yaskawa Motoman серий GP, HC и MH.
Стандартный шестиосевой промышленный робот ABB IRB или Yaskawa Motoman имеет кинематическую цепь из шести вращательных сочленений (J1-J6 у ABB, S-L-U-R-B-T у Yaskawa). Каждое сочленение содержит серводвигатель, редуктор и подшипниковый узел, которые совместно обеспечивают передачу крутящего момента и восприятие радиальных, осевых и опрокидывающих нагрузок.
Конструктивно шесть осей подразделяются на две группы: основные оси (J1-J3 / S-L-U) обеспечивают позиционирование кисти робота в рабочем пространстве и воспринимают основные силовые нагрузки от массы звеньев и полезной нагрузки. Оси запястья (J4-J6 / R-B-T) отвечают за ориентацию инструмента и работают при значительно меньших нагрузках, но с более высокими скоростями вращения.
Различия в нагрузочных режимах осей определяют выбор типа подшипников и редукторов. Для тяжёлых осей J1-J3 применяются циклоидные редукторы (Nabtesco RV), способные передавать высокие крутящие моменты. Для быстрых осей запястья J4-J6 используются волновые редукторы (Harmonic Drive CSF/CSG), обеспечивающие компактность и практически нулевой люфт.
Линейка промышленных роботов ABB IRB охватывает широкий диапазон грузоподъёмности и рабочих зон. Каждая серия оптимизирована под определённый класс задач, что определяет выбор подшипников и редукторов.
ABB IRB 1200 -- компактный робот для сборки, перемещения и обслуживания станков. Новое поколение с контроллером OmniCore (четыре варианта: 5, 7, 8 и 9 кг) обеспечивает повторяемость позиционирования до 0,011 мм и скорость TCP до 1600 мм/с при 20% снижении массы по сравнению с предыдущим поколением. Серия IRB 6700 -- седьмое поколение тяжёлых роботов ABB, отличающееся повышенной жёсткостью конструкции, увеличенными интервалами обслуживания и снижением энергопотребления на 15%. Наработка на отказ составляет 400 000 часов. Серия IRB 7600 предназначена для наиболее тяжёлых операций с грузоподъёмностью до 500 кг (до 630 кг в положении кистью вниз).
Во всех перечисленных сериях ABB IRB применяются редукторы с компактными зубчатыми передачами нового поколения, подшипники для редукторов повышенной точности и жёсткости, что обеспечивает высокую повторяемость позиционирования и длительный ресурс работы.
Yaskawa Motoman выпускает широкую линейку промышленных и коллаборативных роботов. Серия GP (General Purpose) предназначена для высокоскоростных операций перемещения, сборки и упаковки. Серия HC (Human Collaborative) -- это коботы для совместной работы с оператором. Серия MH (Material Handling) оптимизирована для задач перемещения тяжёлых грузов.
Роботы Yaskawa Motoman серии GP отличаются увеличенными скоростями по всем осям -- в некоторых модификациях скорости осей повышены до 40% по сравнению с предшественниками. Все модели GP управляются контроллером YRC1000 компактных размеров (598 x 490 x 427 мм), который не требует внешнего трансформатора для входных напряжений 380-480 В.
Основные оси промышленных роботов ABB IRB и Yaskawa Motoman работают под воздействием комбинированных нагрузок: радиальных сил от массы звеньев, осевых сил от полезной нагрузки и значительных опрокидывающих моментов. Для восприятия таких многонаправленных нагрузок в осях J1-J3 применяются перекрёстные роликовые подшипники (crossed roller bearings).
Перекрёстный роликовый подшипник состоит из внутреннего и наружного колец с V-образными дорожками качения, между которыми расположены цилиндрические ролики, чередующиеся под углом 90 градусов друг к другу. Благодаря такой компоновке один подшипник способен одновременно воспринимать радиальные нагрузки, осевые нагрузки в обоих направлениях и опрокидывающие моменты. Это позволяет заменить комбинацию из нескольких подшипников одним компактным узлом.
В роботах применяются подшипники класса точности P4 и выше (соответствует ABEC 7 и выше по классификации ABMA). Для перекрёстных роликовых подшипников производители (IKO, THK) устанавливают собственные классы точности, которые по уровню радиального и осевого биения соответствуют или превосходят требования ISO 492 для класса P4. Высокая точность подшипников непосредственно влияет на повторяемость позиционирования робота.
Для тяжёлых роботов класса IRB 6700 и IRB 7600 в конструкции балансирующего устройства также применяются двухрядные сферические роликовые подшипники, компенсирующие угловые перекосы при нагружении.
Оси запястья (J4-J6 у ABB, R-B-T у Yaskawa) работают при меньших нагрузках, но с более высокими скоростями вращения. Скорость оси J6 у ABB IRB 1200, например, достигает 600 град/с (10,47 рад/с). В этих осях применяются миниатюрные перекрёстные роликовые подшипники с тонким сечением, обеспечивающие компактность при высокой жёсткости.
Подшипники осей запястья имеют характерные особенности: малую ширину сечения относительно диаметра (тонкостенная конструкция серий RA и CRBH), повышенный класс точности P2 (ABEC 9) для прецизионных моделей, встроенные уплотнения для защиты от загрязнений и применение сепараторов из полиамида или нержавеющей стали для снижения трения на высоких скоростях.
В компактных запястьях роботов ABB IRB 1200 и Yaskawa GP7 подшипники осей J5-J6 интегрированы непосредственно в корпус волнового редуктора Harmonic Drive, что сокращает количество деталей и уменьшает габариты кистевого узла. Высокоскоростные роликовые подшипники осей запястья оптимизированы для работы при повышенных скоростях вращения, характерных для осей J5-J6 промышленных роботов.
Для осей J1-J3, где требуется передача высокого крутящего момента с минимальным люфтом, в роботах ABB IRB и Yaskawa Motoman используются циклоидные редукторы Nabtesco серии RV. Компания Nabtesco является доминирующим поставщиком прецизионных редукторов для робототехники, и её изделия установлены в подавляющем большинстве промышленных шестиосевых роботов ведущих производителей.
Редуктор Nabtesco RV представляет собой двухступенчатый циклоидный механизм. Первая ступень -- прямозубая цилиндрическая передача, обеспечивающая предварительное снижение скорости. Вторая ступень -- циклоидная (RV-механизм), в которой эксцентриковые диски вращаются внутри корпуса с роликовыми пальцами. Одновременное зацепление большого числа зубьев (до 2/3 от общего количества) обеспечивает высокую жёсткость, компактность и способность воспринимать ударные нагрузки.
Для робота с грузоподъёмностью 180 кг и досягаемостью 2700 мм максимальный статический момент на оси J1 может достигать 5000-6000 Н*м. С учётом динамических нагрузок и коэффициента запаса (k = 1,5-2,0) допустимый момент при ускорении/торможении должен составлять не менее 7500 Н*м. Этому требованию соответствует модель RV-320C (допустимый момент 7840 Н*м) или RV-500C (12 250 Н*м).
Внутри корпуса редукторов Nabtesco RV интегрированы угловые опорные подшипники большого диаметра, которые воспринимают значительные опрокидывающие моменты без необходимости установки дополнительных внешних опор. Для обслуживания подшипников редукторов необходимо использовать специальные смазочные материалы, рекомендованные производителем.
Оси запястья J4-J6 (R-B-T) роботов ABB IRB и Yaskawa Motoman оснащаются волновыми редукторами Harmonic Drive серий CSF и CSG. Эти редукторы обеспечивают передаточные числа от 50:1 до 160:1 при практически нулевом люфте и высокой кинематической точности.
Волновой редуктор Harmonic Drive состоит из трёх основных элементов: генератор волн (Wave Generator) -- эллиптический кулачок с тонкорядным шарикоподшипником; гибкое колесо (Flexspline) -- тонкостенный стакан с внешними зубьями; жёсткое колесо (Circular Spline) -- жёсткое кольцо с внутренними зубьями. Генератор волн деформирует гибкое колесо в эллиптическую форму, обеспечивая зацепление до 30% зубьев одновременно благодаря запатентированному S-профилю зуба.
Согласно сервисной документации Yaskawa, ось R (J4) робота GP25 оснащена редуктором Harmonic Drive с использованием специальной смазки Harmonic Grease SK-1A (объём заправки 7 г при регламентном обслуживании). Ось B (J5) также содержит редуктор Harmonic Drive с объёмом смазки 3 г, а ось T (J6) -- зубчатую передачу с аналогичной смазкой. При замене редуктора объём первоначальной заправки составляет 85 г для оси B.
Волновые редукторы Harmonic Drive обеспечивают точность позиционирования менее 1 угловой минуты и повторяемость 4-10 угловых секунд, что критически важно для прецизионных операций роботов. Встроенный перекрёстный роликовый подшипник в моделях серии CSG-2UH обеспечивает высокую жёсткость на опрокидывание, позволяя подводить нагрузку непосредственно к выходному фланцу редуктора.
Коллаборативные роботы серии Yaskawa Motoman HC (HC10DTP, HC20DTP, HC20SDTP) принципиально отличаются от классических промышленных роботов наличием встроенных моментных датчиков в каждой оси. Это создаёт дополнительные требования к конструкции подшипниковых узлов.
Каждая ось кобота HC серии содержит: серводвигатель, редуктор (циклоидный для тяжёлых осей, волновой для запястья), двухканальный моментный датчик, перекрёстный роликовый подшипник. Датчики крутящего момента ESTORQ (производства I-PEX) установлены в каждом сочленении и обеспечивают непрерывный мониторинг усилий. При обнаружении контакта с оператором робот немедленно останавливается.
Двухканальная схема моментных датчиков предъявляет повышенные требования к стабильности трения в подшипниках. Любые нелинейные изменения момента трения могут быть ошибочно интерпретированы как внешний контакт, вызывая ложные остановки. Поэтому в коботах применяются подшипники с пониженным и стабильным моментом трения, используется смазка пищевого класса (food grade grease) для возможности работы с пищевыми продуктами, а также специальное каплезащитное покрытие корпуса для предотвращения утечки смазки.
Коботы серии HC сертифицированы по ISO 10218-1 и ISO/TS 15066, что подтверждает соответствие требованиям безопасности при совместной работе с оператором. Функция автоматического отвода из точки зажима дополнительно повышает безопасность.
Правильная смазка является определяющим фактором ресурса подшипников и редукторов промышленных роботов. Производители ABB и Yaskawa предъявляют строгие требования к типам смазочных материалов и интервалам обслуживания.
Для роботов Yaskawa Motoman серии GP замена смазки в редукторах осей S, L, U (J1-J3) проводится в рамках планового технического обслуживания каждые 6000 сервочасов (часов работы сервоусилителя). Пополнение смазки в редукторах осей R, B, T (J4-J6) выполняется через те же интервалы меньшими объёмами. Конкретные интервалы могут различаться в зависимости от модели робота -- необходимо сверяться с руководством по обслуживанию конкретной модификации.
Для роботов ABB IRB 6700 среднее время проведения ежегодной инспекции составляет около 20 минут. Интервалы между техническим обслуживанием удвоены по сравнению с предыдущим поколением (IRB 6640), а время ремонта сокращено на 15%.
Своевременная диагностика износа подшипников и редукторов позволяет предотвратить внеплановые простои робота. Основные признаки износа и методы диагностики характерны для всех серий ABB IRB и Yaskawa Motoman.
К основным признакам неисправности подшипниковых узлов относятся: увеличение люфта в сочленениях (проверяется покачиванием звена при заблокированном двигателе), повышенный шум или вибрация при движении оси, снижение повторяемости позиционирования робота, повышенное потребление тока серводвигателем оси, появление металлических частиц в смазке при плановом обслуживании.
Специфической проблемой подшипников промышленных роботов является ложное бринеллирование (false brinelling). Этот дефект возникает при длительной работе робота с малоамплитудными колебательными движениями (дитеринг), когда смазка вытесняется из зоны контакта ролика с дорожкой, и на поверхности формируются характерные углубления. Для предотвращения этого дефекта применяются подшипники со специальной обработкой поверхности и твёрдосмазочными покрытиями.
При замене подшипников в роботах ABB IRB и Yaskawa Motoman необходимо строго соблюдать требования к типу, размерам и классу точности подшипника. Использование неоригинальных комплектующих с несоответствующими характеристиками может привести к снижению точности позиционирования и преждевременному выходу робота из строя.
При подборе подшипника для замены необходимо учитывать следующие параметры: присоединительные размеры (d, D, B) по документации производителя робота, класс точности не ниже P4 по ISO 492 для основных осей и P2 для прецизионных запястий, предварительный натяг (preload) -- должен соответствовать штатному значению, тип сепаратора и уплотнения, допустимую скорость вращения при заданном типе смазки.
Для робота с грузоподъёмностью 25-50 кг (ABB IRB 2600 или Yaskawa GP25) подшипник оси J2 должен иметь характеристики: тип -- перекрёстный роликовый; ориентировочный диаметр вала d = 80-120 мм; класс точности P4; статическая грузоподъёмность C0 не менее 50 кН; динамическая грузоподъёмность C не менее 30 кН. Для данного класса подходят кассетные роликовые подшипники и двухрядные роликовые подшипники соответствующих типоразмеров.
Замена подшипников и редукторов в роботах ABB и Yaskawa включает следующие обязательные этапы: фиксация робота в сервисной позе с блокировкой тормозов, демонтаж защитных кожухов и отсоединение кабельных жгутов, извлечение старого подшипника/редуктора с использованием специального инструмента (рекомендуется применять съёмники из комплекта поставки), контроль посадочных поверхностей на отсутствие повреждений, установка нового подшипника с соблюдением предписанного момента затяжки крепежа, заправка рекомендованной смазкой в установленном объёме, процедура возврата в исходное положение (Home Position Return) и калибровка.
Для роботов Yaskawa Motoman после замены двигателя или редуктора предусмотрено несколько методов калибровки: по обучающей точке, по меткам на корпусе, по резервной копии энкодера или через процедуру MOTOCALV EG.
В основных осях J1-J3 (S-L-U) промышленных роботов ABB IRB и Yaskawa Motoman применяются перекрёстные роликовые подшипники (crossed roller bearings). Их конструкция с чередующимися под углом 90 градусов роликами позволяет одновременно воспринимать радиальные, осевые нагрузки и опрокидывающие моменты. Типоразмер подшипника зависит от грузоподъёмности робота: от RB5013 для лёгких моделей (5-10 кг) до RB30025 для сверхтяжёлых (до 500 кг).
Редуктор Nabtesco RV -- двухступенчатый циклоидный механизм, предназначенный для тяжёлых осей J1-J3, где требуется высокий крутящий момент (номинальный от 196 до 4900 Н*м). Harmonic Drive (волновой редуктор) серий CSF/CSG используется в осях запястья J4-J6, обеспечивая компактность, нулевой люфт и высокую кинематическую точность при номинальных моментах от 10 до 280 Н*м (в зависимости от типоразмера и передаточного числа).
Для волновых редукторов Harmonic Drive размеров 20-65 используется Harmonic Grease SK-1A. Для малых размеров 14 и 17 -- Harmonic Grease SK-2. Для встроенных перекрёстных роликовых подшипников -- Harmonic Grease 4B No.2 (требуется строгая герметизация). Категорически запрещается смешивать эти смазки между собой или с другими марками.
Для роботов Yaskawa Motoman рекомендуемый интервал планового технического обслуживания (включая замену смазки в редукторах) составляет каждые 6000 сервочасов. Для роботов ABB IRB 6700 интервалы обслуживания удвоены по сравнению с предыдущим поколением. Точные интервалы указаны в сервисной документации конкретной модели робота и зависят от условий эксплуатации.
Коботы серии Yaskawa HC (HC10DTP, HC20DTP) оснащены двухканальными моментными датчиками ESTORQ в каждой оси. Это требует применения подшипников с особо стабильным и пониженным моментом трения, чтобы исключить ложные срабатывания системы безопасности. Также используется пищевая смазка (food grade grease) и каплезащитное покрытие для работы в пищевой промышленности.
В основных осях J1-J3 применяются подшипники с точностью, соответствующей классу P4 (эквивалент ABEC 7). Для прецизионных осей запястья J5-J6 используются подшипники повышенного класса точности. Перекрёстные роликовые подшипники для робототехники имеют собственные классификации точности (по каталогам IKO, THK), обеспечивающие повторяемость позиционирования робота на уровне 0,02-0,05 мм.
Ложное бринеллирование -- дефект поверхности дорожки качения, возникающий при длительных малоамплитудных колебаниях (дитеринге). Смазка вытесняется из зоны контакта, и на дорожке формируются углубления. Для предотвращения применяются подшипники со специальными поверхностными покрытиями, твёрдосмазочными добавками и оптимизация траекторий движения робота для исключения длительных микроперемещений.
Для осей J1-J2 роботов ABB IRB 6700 с грузоподъёмностью 150-300 кг применяются редукторы Nabtesco серий RV-320C и RV-320E с номинальным крутящим моментом 3136 Н*м и допустимым моментом ускорения/торможения 7840 Н*м. Для оси J3 могут использоваться модели RV-160E. Конкретная модель зависит от варианта робота и определяется по каталожному номеру запасной части ABB.
Да, калибровка является обязательной процедурой после замены подшипника, редуктора или серводвигателя. Для роботов ABB IRB применяется процедура Axis Calibration. Для Yaskawa Motoman предусмотрено несколько методов: возврат в домашнюю позицию по обучающей точке, по механическим меткам, по резервной копии энкодера или через автоматическую калибровку MOTOCALV EG. Без калибровки робот не сможет обеспечить заданную точность позиционирования.
Использование неоригинальных подшипников допустимо только при полном соответствии присоединительных размеров, класса точности (P4/P2 по ISO 492), предварительного натяга, материала и конструкции сепаратора, типа уплотнений. Подшипники ведущих производителей (IKO, THK, SKF, NSK, Schaeffler) выпускают перекрёстные роликовые подшипники аналогичных типоразмеров. Однако ответственность за работоспособность робота при использовании неоригинальных компонентов ложится на конечного пользователя.
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационно-справочный характер. Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия использования представленной информации. Все технические параметры, рекомендации по обслуживанию и замене комплектующих промышленных роботов ABB IRB и Yaskawa Motoman приведены на основании открытых источников и могут не учитывать особенности конкретных модификаций. При проведении работ по обслуживанию и ремонту промышленных роботов необходимо руководствоваться официальной технической документацией производителя и привлекать квалифицированных специалистов. Любые действия по замене подшипников, редукторов и иных компонентов должны выполняться в строгом соответствии с сервисными инструкциями ABB и Yaskawa.
1. ABB Robotics. Product specification IRB 6700. Document 3HAC044265-001, Revision V, 2023.
2. ABB Robotics. Product manual IRB 6700. Document 3HAC044266, 2023.
3. ABB Robotics. Product specification IRB 1200 on OmniCore. Document 3HAC081417.
4. ABB Robotics. Product specification IRB 4600 on OmniCore. Document 3HAC080366.
5. Yaskawa Motoman. Maintenance Manual GP25 / YR-1-06VXH25-A00 Manipulator.
6. Yaskawa Motoman. HC10DT / HC20DT Product Specifications.
7. I-PEX. ESTORQ Torque Sensor Adoption in YASKAWA MOTOMAN-HC10DT / HC20DT.
8. Nabtesco Precision Equipment Company. RV Series Precision Reduction Gear Catalog.
9. Nabtesco Precision Equipment Company. RV-C Series Technical Specifications.
10. Harmonic Drive LLC. CSF/CSG Series Component Sets Catalog.
11. Harmonic Drive LLC. Reducer Catalog -- Speed Reducers for Precision Motion Control.
12. IKO Nippon Thompson. Crossed Roller Bearings Catalogue, CAT-57151UK.
13. SKF Group. Rolling Bearings -- Main Catalogue, Publication 17000.
14. Schaeffler Technologies. Super Precision Bearings (SP1).
15. ГОСТ 520-2011. Подшипники качения. Общие технические условия.
16. ISO 492:2023. Rolling bearings -- Radial bearings -- Geometrical product specifications and tolerance values.
17. ISO 10218-1. Robots and robotic devices -- Safety requirements for industrial robots.
18. ISO/TS 15066. Robots and robotic devices -- Collaborative robots.
19. Harris T.A., Kotzalas M.N. Rolling Bearing Analysis. 5th ed. CRC Press, 2006.
20. Решетов Д.Н. Детали машин. 4-е изд. М.: Машиностроение, 1989.
21. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. 9-е изд. Т. 2. М.: Машиностроение, 2006.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.